BAB 2 LISTRIK STATIS

1. Soal UN 1999/2000 No. 11

Titik A terletak dalam medan listrik. Kuat medan listrik di titik A= 0,5 NC^-1. Jika di titik A diletakkan benda bermuatan listrik 0,25 C, maka pada benda tersebut bekerja gaya Coulomb sebesar …

A. 0,125 N

B. 0,25 N

C. 0,35 N

D. 0,40 N

E. 0,70 N

Pembahasan

Diketahui :

Kuat medan listrik di titik A = 0,5 NC^-1

Muatan listrik di titik A = 0,25 C

Ditanya : Gaya Coulomb yang bekerja pada benda bermuatan listrik

Jawab :

Rumus yang menyatakan hubungan antara gaya listrik (F), medan listrik (E) dan muatan listrik (q) adalah :

F = q E

F = (0,25 C)(0,5 NC^-1)

F = 0,125 N

Jawaban yang benar adalah A.

2. Soal UN 2002/2003

Dua buah muatan masing-masing 5 C dan 4 C berjarak 3 m satu sama lain. Jika diketahui k = 9 × 10⁹ Nm² C^–2 , maka besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan adalah …

A. 2 × 10⁹ N

B. 60 × 10⁹ N

C. 2 × 10¹⁰ N

D. 6 × 10¹⁰ N

E. 20 × 10¹⁰ N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (q1) = 5 C

Muatan 2 (q2) = 4 C

Jarak antara muatan 1 dan 2 (r) = 3 meter.

Konstanta Coulomb (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^–2

Ditanya : Besar gaya Coulomb (F)

Jawab :

Jawaban yang benar adalah C.

3. Soal UN 2007/2008

UN-08-27A-31B

Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2 = 20 μC ; dan q3 terpisah seperti pada gambar di bawah. Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = nol ; maka muatan q3 adalah…

A. +2,5 μC

B. –2,5 μC

C. +25 μC

D. –25 μC

E. +4 μC

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (q1) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Muatan 2 (q2) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Ditanya : Berapa muatan q3 agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 sama dengan nol (F2 = 0).

Jawab :

Ada dua gaya yang bekerja pada +q2.

Gaya pertama adalah gaya tolak antara muatan +q1 dan muatan +q2 yakni F12 yang arahnya ke kanan.

Agar resultan gaya listrik yang bekerja pada q2 sama dengan nol maka q3 harus bermuatan negatif. Jadi gaya kedua adalah gaya tarik antara muatan +q2 dan -q3 yakni F23 yang arahnya ke kiri. Kedua gaya ini bekerja pada q2, mempunyai besar yang sama tetapi arahnya berlawanan.

Resultan gaya pada +q2 sama dengan nol.

Jawaban yang benar adalah B.

4. Soal UN 2008/2009 P4 No.25

Titik A dan B masing-masing bermuatan listrik −10 μC dan +40 μC. Mula-mula kedua muatan diletakkan terpisah 0,5 meter sehingga timbul gaya Coulomb F Newton. Jika jarak A dan B diubah menjadi 1,5 meter, maka gaya Coulomb yang timbul adalah….

A. ¹/9 F

B. ¹/3 F

C. ³/2 F

D. 3 F

E. 9 F

Pembahasan

Bandingkan pembahasan soal nomor 9.

Jarak A dan B diubah menjadi 1,5 meter atau 3 kali jarak mula-mula.

Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak :

Gaya Coulomb yang timbul adalah 1/9 F.

Jawaban yang benar adalah A.

5. Soal UN 2009/2010 P70 No.33

Sistem dengan 3 muatan bebas sama besar diletakkan sehingga seimbang seperti gambar. Jika Q3 digeser 1/3 x mendekati Q2, maka perbandingan besar gaya Coulomb F2 : F1 menjadi….

A. 1 : 3

B. 2 : 3

C. 3 : 4

D. 9 : 1

E. 9 : 4

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antara q1 dan q2 = x

Jarak antara q2 dan q3 = 2/3 x

Ditanya : F2 : F1 = …. ?

Jawab :

Rumus hukum Coulomb :

Keterangan : k = konstanta, q1 = muatan 1, q2 = muatan 2, r = jarak antara muatan 1 dan muatan 2

Perbandingan besar gaya Coulomb

q1, q2 dan q3 sama besar sehingga dilenyapkan dari persamaan. k dan x² juga sama besar dan berada di ruas kiri dan kanan sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Jawaban yang benar adalah E.

6. SOAL UN FISIKA 2011 PAKET 25

Perhatikan gambar di bawah. Ketiga muatan listrik q1, q, dan q2 adalah segaris. Bila q = 5,0 μC dan d = 30 cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q adalah… (k = 9 x 10⁹ N m² C^-2)

A. 7,5 N menuju q1

B. 7,5 N menuju q2

C. 15 N menuju q1

D. 22,5 N menuju q1

E. 22,5 N menuju q2

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (q1) = 30 μC = 30 x 10^-6 C

Muatan 2 (q2) = 60 μC = 60 x 10^-6 C

Muatan 3 (q) = 5 μC = 5 x 10^-6 C

Jarak antara q1 dan q = d

Jarak antara q2 dan q = 2d

d = 30 cm = 0,3 meter

d² = (0,3)² = 0,09

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ditanya : Besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan listrik

Jawab :

Ada dua gaya yang bekerja pada q yakni F1 arahnya ke kanan (q dan q1 bermuatan positif sehingga F1 menjauhi q dan q1) dan F2 arahnya ke kiri (q dan q2 bermuatan positif sehingga F2 menjauhi q dan q2). Terlebih dahulu hitung F1 dan F2.

Resultan gaya :

ΣF = 15 – 7,5 = 7,5

Resultan gaya adalah 7,5 Newton. Arahnya sama dengan F1 yakni ke kanan menuju q2.

Jawaban yang benar adalah B.

Medan Listrik

7. Soal UN 2000/2001

Sebuah titik bermuatan q berada di titik P dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan (+) sehingga mengalami gaya sebesar 0,05 N dalam arah menuju muatan tersebut. Jika kuat medan di titik P besarnya 2 x 10 ^–2 NC ^–1, maka besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan adalah …

A. 5,0 C, positif

B. 5,0 C, negatif

C. 3,0 C, positif

D. 2,5 C, negatif

E. 2,5 C, positif

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F) = 0,05 N

Kuat medan listrik (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0,02 NC ^–1

Ditanya : Besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan

Jawab :

Muatan listrik dihitung menggunakan rumus yang menyatakan hubungan antara gaya listrik (F), medan listrik (E) dan muatan listrik (q) :

F = q E

q = F / E = 0,05 N / 0,02 NC ^–1 = 2,5 Coulomb

Muatan q mengalami gaya listrik dalam arah menuju muatan (+) yang menimbulkan medan listrik, sehingga muatan q bertanda negatif.

Jawaban yang benar adalah D.

8. Soal UN 2001/2002

Jarak dua muatan A dan B adalah 4 m. Titik C berada di antara kedua muatan berjarak 1 m dari A. Jika QA = –300 μC, QB = 600 μC. 1/4 π ε0 = 9 × 10⁹ N m² C^–2 , maka kuat medan listrik di titik C pengaruh dari kedua muatan adalah…

A. 9 × 10⁵ N C ^–1

B. 18 × 10⁵ N C ^–1

C. 33 × 10⁵ N C ^–1

D. 45 × 10⁵ N C ^–1

E. 54 × 10⁵ N C ^–1

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antara muatan A dan B (rAB) = 4 meter

Jarak antara titik C dan muatan A (rAC) = 1 meter

Jarak antara titik C dan muatan B (rBC) = 3 meter

Muatan A (qA) = –300 μC = -300 x 10^-6 C = -3 x 10^-4 Coulomb

Muatan B (qB) = 600 μC = 600 x 10^-6 C = 6 x 10^-4 Coulomb

Konstanta (k) = 9 × 10⁹ N m² C^–2

Ditanya : kuat medan listrik di titik C

Jawab :

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik C :

Muatan A negatif sehingga arah medan listrik menuju muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).

Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik C :

Muatan B positif sehingga arah medan listrik menjauhi muatan B dan menuju muatan A (ke kiri).

Resultan medan listrik di titik A :

EA dan EB searah sehingga dijumlahkan.

E = EA + EB

E = (27 x 10⁵) + (6 x 10⁵)

E = 33 x 10⁵ N/C

Arah medan listrik adalah menuju muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).

Jawaban yang benar adalah C.

9. Soal UN 2003/2004

Sebutir debu massanya 1 miligram dapat mengapung di udara karena adanya medan listrik yang menahan debu tersebut. Bila muatan debu tersebut 0,5 μC dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s² , tentukanlah besarnya kuat medan listik yang dapat menahan debu tersebut.

A. 5 N/C

B. 10 N/C

C. 20 N/C

D. 25 N/C

E. 40 N/C

Pembahasan

Diketahui :

Massa debu (m) = 1 miligram = 1 x 10^-6 kg

Muatan debu (q) = 0,5 μC = 0,5 x 10^-6 C

Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Ditanya : Kuat medan listrik yang menahan debu

Jawab :

Rumus berat :

w = m g

Keterangan : w = berat debu, m = massa debu, g = percepatan gravitasi

Gaya gravitasi yang bekerja pada debu atau berat debu dihitung menggunakan rumus berat :

w = m g = (1 x 10^-6 kg)(10 m/s²) = 10 x 10^-6 kg m/s² = 10 x 10^-6 Newton

Rumus kuat medan listrik :

E = F/q

Keterangan : E = kuat medan listrik, F = gaya listrik, q = muatan listrik

Debu mengapung di udara sehingga resultan gaya yang bekerja pada debu harus bernilai nol. Gaya berat debu arahnya ke bawah sehingga gaya listrik harus berarah ke atas dan besar gaya berat debu harus sama dengan besar gaya listrik, agar resultan gaya pada debu bernilai nol. Dengan demikian F pada rumus kuat medan listrik dapat diganti dengan w pada rumus berat.

E = F/q = w/q

E = (10 x 10^-6 N) / (0,5 x 10^-6 C)

E = 10 N / 0,5 C

E = 20 N/C

Jawaban yang benar adalah C.

10. Soal UN 2005/2006

Dua buah muatan masing-masing q1 = 32 μC dan q2 = -214 μC terpisah sejauh x satu sama lain seperti gambar di atas. Bila di titik p yang berjarak 10 cm dari q2 resultan kuat medan listriknya = nol. Maka besar x adalah….

A. 20 cm

B. 30 cm

C. 40 cm

D. 50 cm

E. 60 cm

Pembahasan

Diketahui :

Muatan 1 (Q1) = 32 μC

Muatan 2 (Q2) = -214 μC

Jarak titik p dari q1 = x + 10 cm

Jarak titik p dari q2 = 10 cm

Ditanya : x

Jawab :

E1 adalah medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan Q1. Arah medan listrik menjauhi Q1 karena Q1 bermuatan positif. E2 adalah medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan Q2. Arah medan listrik menuju Q2 karena Q2 bermuatan negatif.

Pada titik p yang berjarak 10 cm dari Q2, resultan kuat medan listrik bernilai nol.

Gunakan rumus ABC :

Tidak ada jawaban yang benar.

11. Soal UN 2006/2007

Sebuah titik bermuatan q berada di titik P dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan (+), sehingga mengalami gaya sebesar 0,05 N. Jika besar muatan tersebut adalah +5 × l0^–6 Coulomb, maka besar medan listrik di titik P adalah…

A. 2,5 × 10³ NC^–1

B. 3.0 × 10³ NC^–1

C. 4,5 × l0³ NC^–1

D. 8,0 × 10³ NC^–1

E. 10⁴ NC^–1

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F) = 0,05 Newton

Muatan listrik (Q) = +5 × l0^–6 Coulomb = 0,000005

Ditanya : besar medan listrik di titik P

Jawab :

Rumus yang menyatakan hubungan antara medan listrik, gaya listrik dan muatan listrik :

E = F / Q

E = 0,05 Newton / 0,000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0,0005 Coulomb

E = 10.000 Newton/Coulomb

E = 10⁴ N/C

E = 10⁴ NC^-1

Jawaban yang benar adalah E.