9.4 GAYA DALAM ELEKTROSTATIKA Bab elektrostatika ini, kita mulai dengan bahasan hukum Coulomb untuk gaya listrik antara dua muatan titik . Karena prinsip superposisi berlaku,maka dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan gaya listrik pada berbagai bentuk sistem yang mana kita tahu distribusi muatanya. Sebagai contoh, interaksi antara 2 benda konduktor yang bermuatan yang ditunjukkan pada Gambar 9.2, dengan distribusi muatan permukaan yang diketahui. kita akan menemukan arah gaya untuk F12 yang dilakukan oleh benda1 terhadap benda 2. Untuk menemukan gaya ini, kita bagi benda bermuatan yang ke 2 menjadi bagian bagian kecil (dS2) ,dan menentukan kuat medan listrik E1 pada setiap bagian tersebut ,sesuai dengan muatan yang dihasilkan benda pertama. kemudian gaya yang dihasilkan adalah.

.. (9.8)

Gambar 9.2 Menemukan gaya elektrostatik pada interksi 2 benda yang muatanya masing-masing tersebar merata.Pada persamaan ini, medan listrik ditunjukan dengan.

di mana r12 adalah arah besaran vektor dari benda bermuatan ke 1 ke benda bermuatan ke 2. dan Ur12 adalah vektor satuan pada arah tersebut.

Contoh 9.2:gaya antar pelat dari pelat kapasitor sejajar.Tentukan besarnya gaya listrik pada kapasitor elektroda pelat sejajar dengan luasan S yang menekan satu sama lain?

Kita tahu bahwa muatan terdistribusi secara merata(homogen) pada permukaan elektroda. misalkan, dengan distribusi muatan diketahui,mari kita hubungkan sebuah kapasitor ke sumber tegangan V,maka muatan pada pelat positif menjadi . Kita juga telah telah mengetahui tentang hukum Gauss 'bahwa kuat medan listrik dari muatan plat positif pada plat negatif adalah . Jadi dengan menggunakan Persamaan (9.8) yang kita miliki,kita dapat menghasilkan persamaan:

Gayanya tarik menarik(bertanda negatif),yang besarnya adalah:

Contoh 9.3 besar medan listrik pada beberapa jenis materi(zat). Berapa gaya listrik maksimum yang dihasilkan dalam sebuah kapasitor pelat sejajar yang diisi dengan udara, dengan S = 1 dm2?

Medan ambang udara( V/d )=30 kV/cm, sehingga kita memperoleh F12 = 0.4N, yang beratnya sekitar satu seperempat gelas air. perhatikan bahwa ini adalah gaya listrik terbesar yang mungkin. Contoh lain adalah gaya antara dua kawat dari dua kawat lilitan yang terhubung ke sumber tegangan (V). Muatan per satuan panjang pada kawat adalah .di tempat kawat yang bermuatan negatif, kawat bermuatan positif menghasilkan medan EQ,yang nilainya adalah:

Gaya per satuan panjang muatan negatif kawat kemudian menjadi.

Tanda minus menunjukan bahwa gayanya saling tarik menarik, Nilai maksimal untuk a = 2.5 mm, d = 1 m, and Emaks = 30 kV/cm ,F'= 0.00313 N/m.ini juga termasuk usaha yang sangat kecil.Dua contoh sebelumnya menggambarkan pernyataan dalam bab pengantar bahwa dalam keadaan normal, gaya listrik yang bekerja antara benda bermuatan adalah sangat kecil. Oleh karena itu,dapat diabaikan setiap waktu. Ada begitu banyak aplikasi dari gaya elektrostatik,yang mana akan dibahas dalam Bab 11.Pertanyaan:9.12. Jelaskan secara rinci bagaimana kira-kira Anda akan menghitung gaya F12 padaPers. (9.8), dengan asumsi bahwa Anda mengetahui distribusi muatan pada dua benda pada Gambar(9.2). 9.13. Jika bidang menginduksi momen dipol dalam suatu benda kecil, juga akan cenderung bergerak menuju wilayah medan yang kuat. Gambarkan medan homogen dan dipolnya, dan jelaskan. 9.14. Di bawah pengaruh medan listrik dalam suatu sistem, benda diputar dengan sudut kecil. sistem itu terdiri dari muatan , benda konduktor terisolasi. Apakah energi dari sistem mengalami perubahan setelah adanya rotasi, lebih besar dari sebelumnya, atau lebih kecil dari sebelumnya? Jelaskan?. 9.15. Jika kita mengatakan bahwa dW negatif, apa artinya itu? 9.16. Apakah berat adalah gaya?jika ya, seperti apa jenis gayanya? Jika tidak, disebut apa yang mungkin? 9.17. Apakah mungkin untuk memiliki sistem dengan tiga titik muatan yang berada dalam kesetimbangan di bawah pengaruh gaya listrik mereka satu sama lain? Jika Anda dapat menemukan sistem seperti itu, keseimbangan stabil atau tidak stabil? Q9.18. Sebuah gelembung sabun dapat dipandang sebagai bola kondutor yang elastis. Jika dikenai muatan, apakah yang akan terjadi pada bola kondutor yang elastis tersebut,mengembang atau menyusut? Apakah Anda pikir perubahan ukuran dapat diamati? Q9.19. Jelaskan kenapa benda bermuatan dapat menarik benda kecil yang tidak bermuatan dalam berbagai jenis ?