Hukum Coulomb adalah Gaya tarik atau tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
Rumus Hukum Coulomb:
Keterangan:
- Fc = gaya Coulomb atau gaya tarik-menarik / gaya tolak-menolak (N)
- Q1 = besar muatan pertama (C)
- Q2 = besar muatan kedua (C)
- r = jarak antara 2 benda bermuatan (m)
- k = bilangan konstanta pembanding 9 x 109N m2/C2
Besar satuan Coulomb:
- 1 micro coulomb = 1×10-6 C (simbol = 1 µC)
- 1 nano coulomb = 1×10-9 C (simbol = 1 nC)
- 1 coulomb = 1 coulomb (C)
Contoh Soal 1
Jika ada dua benda bermuatan dengan Q1 = 4 x 10-6 C dan Q2 = 6 x 10-6 C dengan jarak 2 cm. Berapakah gaya Coulomb yang terdapat di antara dua benda tersebut?
Pembahasan:
Contoh Soal 2
Dua buah muatan diatur seperti pada gambar di bawah ini. Besar muatan pada A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Sedangkan besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C). Berapakah Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan?
Pembahasan:
Muatan A (Q1) = +8 µC = +8×10-6 C
Muatan B (Q2) = -5 µC = -5×10-6 C
k = 9×109 Nm2C2
r = 10 cm = 0,1 meter
Ditanya: Besar gaya listrik kedua muatan (Fc)?
Contoh Soal 3
Muatan listrik +Q1 = 10 mikro Coulomb, +Q2 = 50 mikro Coulomb dan Q3 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya listrik yang bekerja di muatan Q2 = nol maka muatan Q3 adalah?
Muatan listrik +Q1 = 10 mikro Coulomb, +Q2 = 50 mikro Coulomb dan Q3 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya listrik yang bekerja di muatan Q2 = nol maka muatan Q3 adalah ?
Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 (Q1) = +10 μC = +10 x 10-6 C
Muatan 2 (Q2) = +50 μC = +50 x 10-6 C
Jarak r12 = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10-2 m
Jarak r23 = 6 cm = 0,06 m = 6 x 10-2 m
Resultan gaya (F2) = 0
Ditanya :
muatan Q3 = ?
Jawab :
Gaya listrik pada muatan 2 adalah resultan gaya listrik antara muatan 1 dan 2 dengan gaya listrik antara muatan 2 dan 3. Gaya listrik antara muatan 1 dan 2 :
Karena besar kedua muatan mengakibatkan arah F12 adalah menuju muatan 3 (ke kanan). Gaya listrik antara muatan 2 dan 3 :
Karena besar muatan 2 positif dan muatan 3 positif sehingga arah F23 adalah menuju muatan 1 (ke kiri). Sedangkan untuk resultan gaya listrik pada muatan 2 = 0 : Arah F12 ke kanan dan arah F23 ke kiri.
Contoh Soal 4
Dua muatan sejenis besarnya 2 x 10-6 C dan 6 x 10-4. Bila jarak kedua muatan 6 cm, berapa gaya Coulomb yang dialami kedua muatan?
Pembahasan:
Diketahui:
Q1 = 2 × 10-6 C
Q2 = 6 × 10-4 C
Ditanya:
Besar gaya Coulomb kedua muatan (Fc)?
Jawab:
Contoh Soal 5
Diketahui dua buah Muatan listrik A = +15 micro Coulomb dan muatan listrik B = +10 micro coloumb dipisahkan oleh jarak sebagaimana gambar dibawah. Tentukan besar gaya coloumb yang bekerja pada kedua muatan?( k = 9 x 109N m2/C2 dan 1 mikro Coulomb = 10−6 C)
Pembahasan:
q1= Muatan di Titik A = +15 µC = +15×10−6 Coulomb
q2= Muatan di Titik B = +10 µC = +10×10−6 Coulomb
k = 9 x 109N m2/C2
r = 10 cm = 0,1 m
Ditanya: Besar Gaya Listrik (F) yang bekerja pada muatan
Jawab:
F = (9 x 109) (15 x 10-6 ) (10×10-6 ) / (0,1)2
F = 135 Newton
Contoh Soal 6
Dua buah muatan titik bermuatan listrik berjarak r dan saling tarik-menarik dengan gaya F. Jika masing-masing muatan dijadikan 3 kali semula, agar besar gaya tetap F, maka jarak antara kedua muatan menjadi…..
A. 9 kali
B. ⅓ kali
C. 6 kali
D. 1⁄9 kali
E. 3 kali
Ditanya: jarak kedua muatan (r)
Jawab:
Contoh Soal 7
Tiga buah muatan 4q, Q, dan q terletak pada sumbu x masing-masing pada posisi 0, L/2, dan L sedemikian, agar gaya Coulomb pada q sama dengan nol, maka muatan Q harus sama dengan ….
A. -4q
B. ½q
C. -2q
D. ¼q
E. -q
Jawab:
Karena muatan yang mengalami gaya NOL terletak paling kanan dan paling dekat ke Q, maka muatan 4q dan Q harus berbeda tanda dan harga mutlak Q lebih kecil dari 4q. Anggap Q menjadi q1 dan 4q menjadi q2 memiliki jarak L/2, dan jarak Q dengan q juga L/2.
Contoh Soal 8
Dua buah kapasitor masing-masing dengan kapasitas 2μF dan 3μF dirangkai seri, lalu diberi beda potensial antara ujung-ujung sebesar 10 volt, maka besar muatan pada kapasitor 2 μF adalah …
A. 50 μC
B. 12 μC
C. 30 μC
D. 1,2 μC
E. 21 μC
Jawab:
Kapasitor 2μF dan 3μF dirangkai seri, malaka pasitasnya menjadi:
