Hukum Coulomb

Pembahasan mengenai listrik statis tidak bisa dilepaskan dari Hukum Coulomb. Hukum ini berhubungan dengan gaya listrik serta muatannya. 

Apakah yang dimaksud dengan hukum atau gaya Coulomb? Pada pembahasan ini akan dijelaskan mengenai jawaban lengkapnya. Mulai dari pengertian, rumus, persamaan, hingga contoh soal dan pembahasannya. Simak terus dan jangan lewatkan semua informasi pentingnya.

Sejarah Singkat Hukum Coulomb

Nama Coulomb pada hukum ini diambil dari nama sang penggagas, yaitu Charles Augustin de Coulomb. Sebelum mencetuskan teori hukum fisika tersebut, Coulomb terlebih dahulu meneliti gaya yang ditimbulkan oleh dua benda bermuatan listrik yang terpisah oleh jarak tertentu.

Pada dasarnya, hukum ini menyatakan bahwa beda dengan muatan listrik sejenis akan saling tolak. Sedangkan benda dengan muatan berbeda akan saling tarik satu sama lain.

Bunyi Hukum Coulomb

Bunyi dari hukum fisika yang satu ini adalah sebagai berikut:

“Besar gaya tarik atau tolak antar dua benda yang sama-sama memiliki muatan listrik berbanding lurus dengan hasil kali dari kedua muatan tersebut. Di saat yang sama, nilainya berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak antar dua benda tersebut.”

Dari bunyi hukum tersebut bisa dikatakan bahwa besar gaya antara dua benda dengan muatan listrik disebut sebagai gaya Coulomb.

Definisi Lengkapnya

Dari pernyataan atau bunyi hukum fisika yang sudah dicetuskan oleh Coulomb sebenarnya sudah tergambar tentang definisi atau pengertiannya. Tapi hal ini akan dibahas secara terpisah supaya lebih mudah untuk dipahami.

Hukum Coulomb merupakan hukum yang berisi keterkaitan antara jenis muatan listrik negatif (-) dengan muatan listrik positif (+). Kedua jenis muatan tersebut bisa menimbulkan gaya dengan jarak tertentu di antara dua titik muatan.

Muatan listrik, baik yang positif maupun negatif berada di dalam partikel sub atomik. Muatan listrik akan menghasilkan sifat saling tarik menarik apabila bertemu dengan yang berbeda jenis. Misalnya positif dan negatif atau negatif dan positif.

Sedangkan muatan listrik yang bertemu dengan sesama jenisnya akan menimbulkan sifat saling menolak. Contohnya muatan negatif bertemu dengan negatif atau muatan positif dengan muatan positif.

Penjelasan di atas selaras dengan bunyi Hukum Coulomb yang sudah disampaikan seperti di atas.

Persamaan

Gaya Coulomb memiliki persamaan dengan salah satu hukum fisika lainnya, yaitu hukum gravitasi. Hukum ini digagas oleh salah satu seorang ilmuwan fisika, Issac Newton. 

Persamaan antara gaya Coulomb dengan gaya gravitasi adalah perbandingan kuadrat yang terbalik. Meski ada persamaan, Coulomb dan gravitas memiliki beberapa perbedaan.

Gaya gravitasi akan selalu menimbulkan gaya tarik menarik. Sedangkan gaya Coulomb memiliki dua sifat tang berbeda. Bisa saling tarik maupun saling tolak.

Dua buah benda bisa saling tolak menolak apabila memiliki jenis muatan yang sama. Baik itu sama-sama muatan positif atau sama-sama muatan negatif. Sedangkan benda dengan jenis muatan berbeda akan saling menarik.

Dua benda yang berisi muatan listrik, baik positif dengan negatif, maupun positif dengan positif, dan negatif dengan negatif, masing-masing dipisahkan dengan jarak (r).

Rumus Hukum Coulomb

Penjelasan pada persamaan Hukum Coulomb di atas bisa dituliskan dalam bentuk rumus. Berikut ini rumus beserta detail atau keterangannya.

Keterangannya adalah sebagai berikut.

• F: gaya Coulomb (Newton)
• k: konstanta Coulomb (Nm²/C² )
• Q1: muatan listrik di benda pertama (C)
• Q2: muatan listrik di benda kedua
• r: jarak antar dua benda atau dua muatan listrik

Dari rumus yang sudah dijelaskan di atas, bisa disimpulkan bahwa konstanta Coulomb (k) bergantung pada jenis satuan yang dipilih. Selain itu, satuan SI untuk muatan adalah Coulomb yang dilambangkan dengan huruf C. Nilai konstanta yang ditentukan adalah sebesar 9 x 10⁹ N m² / C².

Contoh Soal dan Pembahasan

Supaya bisa lebih memahami tentang hukum Coulomb yang disampaikan di atas, sebaiknya perhatikan contoh soal serta pembahasannya di bawah ini.

Soal 1

Ada dua buah titik, yaitu A dan B yang terpisahkan jarak 3 meter jauhnya Titik A memiliki muatan listrik sebesar +4 x 10^-4 C. Sedangkan titik B memiliki muatan listrik sebesar -1 x 10^-4 C. Kemudian ada satu titik lagi yaitu C yang berada di antara A dan B.

Jarak titik C adalah 2 meter dari titik A dengan muatan sebesar +3 x 10^-5 C. Berapakah besar gaya elektrostatis yang ada pada titik C?

Diketahui:
q_A = +4 x 10^-4 C
q_B = -1 x 10^-4 C
q_C = +3 x 10^-5 C
r = 3 meter

Ditanya: F_c = …?

Pembahasan:

Muatan di titik C ditolak oleh muatan yang ada di titik A ke arah kanan karena muatan pada dua titik ini sejenis, yaitu sama-sama positif. Muatan pada titik C ditarik ke arah kiri oleh muatan yang ada pada titik B karena berbeda jenis muatan, yaitu positif dan negatif.

Arah muatan listrik keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif. Berdasarkan penjelasan tersebut, gaya elektrostatis F_c bisa dihitung dengan rumus di bawah ini.

Berdasarkan perhitungan menggunakan rumus di atas, didapatkan hasil bahwa gaya Coloumb yang bekerja pada titik C adalah 54 Newton ke arah kanan.

Soal 2

Terdapat 3 buah titik, yaitu Q1, Q2, dan Q3. Masing-masing memiliki muatan listrik sebesar +10 mikro Coulomb, +50 mikro Coulomb, sedangkan Q3 belum diketahui. Karak antara titik 1 ke 2 adalah 2 cm, sedangkan jarak 2 ke 3 adalah 6 cm.

Pertanyaannya adalah, berapa muatan pada Q3 supaya gaya listrik yang bekerja di muatan Q2 menjadi 0?

Diketahui:
Q1 = +10 mikro C = +10 x 10^-6 C
Q2 = +50 mikro C = +50 x 10^-6 C
r12 = 2 cm = 2 x 10^-2 m
r23 = 6 cm = 6 x 10^-2 m

Ditanya: Q3 = …?

Pembahasan:

Gaya listrik yang ada pada titik 2 merupakan resultan gaya listrik antara muatan 1 dan 2 dengan gaya listrik antara muatan di titik 2 dan 3. Sehingga gaya listrik pada titik 1 dan 2 adalah sebagai berikut:

Karena dua buah muatan tadi mengakibatkan F₁₂ bergerak ke kanan atau muatan ketiga, maka gaya listrik yang ada di antara muatan 2 dan 3 adalah sebagai berikut.

Muatan pada titik 2 positif dan muatan pada titik 3 pun positif. Oleh karena itu, arah F₂₃ menuju ke kiri mendekati muatan di titik 1. Sedangkan resultan gaya listrik muatan di titik 2 = 0. Arah F₁₂ ke kanan dan F₂₃ ke kiri.

Jadi, muatan pada titik 3 adalah 90 x 10^-6 supaya muatan pada titik 2 = 0.

Jika dirasa kurang dan ingin lebih mengerti lebih jauh, silakan pelajari Contoh Soal Hukum Coulomb Beserta Pembahasan.

Berdasarkan penjelasan yang sudah disampaikan di atas bisa disimpulkan bahwa Hukum Coulomb berhubungan dengan gaya tarik atau tolak dua benda bermuatan listrik dipengaruhi oleh muatan masing-masing benda dan kuadrat jarak kedua benda tersebut.