School Work">
Fisika Listrik Statis
Fisika Listrik Statis
Fisika Listrik Statis
27
Perhatikan gambar berikut! Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2, maka kuat medan
listrik pada muatan q3 adalah (1 C = 10-6 C)
A. 4,6 x 107 N.C-1
B. 3,6 x 107 N.C-1
C. 1,6 x 107 N.C-1
D. 1,4 x 107 N.C-1
E. 1,3 x 107 N.C-1
Pembahasan
Muatan q3 diletakkan pada jarak 5 cm dari q2,
maksudnya bukan di sebelah kiri q2 tetapi di sebelah kanan q2. Jika di sebelah kiri q2 maka
resultan medan listrik bernilai nol. Hal ini dikarenakan jarak antara muatan q3 dengan
muatan q1 dan q2 adalah 5 cm dan besar muatan q1 sama dengan muatan q2.
Karena muatan q3 positif maka arah medan listrik pada muatan q3 menuju muatan negatif q2 (E2)
dan menjauhi muatan positif q1 (E1). Resultan medan listrik adalah penjumlahan kuat medan listrik
E1 dan E2.
Diketahui :
Muatan q1 = 5 C = 5 x 10-6 Coulomb
Muatan q2 = 5 C = -5 x 10-6 Coulomb
Jarak antara muatan q1 dan muatan q3 (r1) = 15 cm = 0,15 m = 15 x 10-2 meter
Jarak antara muatan q2 dan muatan q3 (r2) = 5 cm = 0,05 m = 5 x 10-2 meter
k = 9 x 109 N m2 C-2
Ditanya : Kuat medan listrik pada muatan q3
Jawab :
Kuat medan listrik 1
E1 = k q1 / r12
E1 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (15 x 10-2)2
E1 = (45 x 103) / (225 x 10-4)
E1 = 0,2 x 107 N/C
Kuat medan listrik 2
E2 = k q2 / r22
E2 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (5 x 10-2)2
E2 = (45 x 103) / (25 x 10-4)
E2 = 1,8 x 107 N/C
posisi seperti pada gambar (k = 9 x 109 N.m2.C-2 dan 1 C = 10-6 C), kuat medan listrik di
titik P adalah
A. 2,25 x 106 N.C-1
B. 2,45 x 106 N.C-1
C. 5,25 x 106 N.C-1
D. 6,75 x 106 N.C-1
E. 9,00 x 106 N.C-1
Pembahasan
Diketahui :
Muatan q1 = -40 C = -40 x 10-6 C
Muatan q2 = +5 C = +5 x 10-6 C
Jarak antara muatan q1 dan titik P (r1) = 40 cm = 0,4 m = 4 x 10-1 m
Jarak antara muatan q2 dan titik P (r2) = 10 cm = 0,1 = 1 x 10-1 m
k = 9 x 109 N m2 C-2
Ditanya : Kuat medan listrik di titik P
Jawab :
Kuat medan listrik 1
E1 = k q1 / r12
E1 = (9 x 109)(40 x 10-6) / (4 x 10-1)2
E1 = (360 x 103) / (16 x 10-2)
E1 = 22,5 x 105 N/C
Kuat medan listrik 2
E2 = k q2 / r22
E2 = (9 x 109)(5 x 10-6) / (1 x 10-1)2
E2 = (45 x 103) / 1 x 10-2
E2 = 45 x 105 N/C
Resultan kuat medan listrik
Resultan kuat medan listrik di titik P adalah :
E = E2 E1 = (45 22,5) x 105 = 22,5 x 105 N/C
E = 2,25 x 106 N/C
Arah medan listrik ke kanan atau searah E2.
Jawaban yang benar adalah A.
4. Dari gambar rangkaian di samping besar kuat arus rangkaian adalah..
A. 3 A
B. 4 A
C. 6 A
D. 8 A
E. 12 A
Pembahasan
Total sumber tegangannya 12 volt + 12 volt = 24 volt.
Total hambatannya 2 + 3 + = 8
Jadi kuat arus rangkaiannya 24 volt : 8 = 3 A
5. Perhatikan gambar rangkaian kapasitor di bawah ini!
Yang berasal dari A, arahnya ke kanan. Yang berasal dari B, arahnya ke kiri. Kemudian
dicari resultannya:
7. Muatan A dan B terpisah satu sama lain seperti pada gambar (k = 9 109 N.m2.C2 dan 1
C = 106 C).
8. Jarak dua muatan A dan B adalah 3 meter. Titik O berada di antara kedua muatan berjarak 2
meter dari muatan B. qA = 300 C dan qB = 600 C. k = 9 109 N m2 C2. Kuat medan
listrik di titik O pengaruh muatan qA dan qB adalah
A. 9 105 N/C
B. 18 105 N/C
C. 52 105 N/C
D. 60 105 N/C
E. 81 105 N/C
Pembahasan :
Diketahui :
qA = 300 C, qB = 600 C, k = k = 9 109 N m2 C2
Ditanya :
Kuat medan listrik (E) di titik O ?
Jawab :
Kuat medan resultan :
E = EA + EB
E = (2700 x 103 N/C) + (5400 x 103 N/C)
E = 8100 x 103 N/C
E = 81 x 105 N/C
Jawaban yang benar adalah E.
9. Dua buah muatan masing-masing q1 = -20 C dan q2 = -40 C. Bila pada titik P yang
berjarak 20 cm dari q2 resultan kuat medan listrik bernilai nol maka nilai x adalah
A. 11 cm
B. 12 cm
C. 13 cm
D. 14 cm
E. 15 cm
Pembahasan :
Diketahui :
q1 = -20 C, q2 = -40 C, r2 = 0,2 m, r1 = x
Ditanya :
Jarak titik P dari q1 (x) ?
Jawab :
Resultan kuat medan listrik bernilai nol pada titik P :
Jawaban yang benar adalah D.
10. Jarak antara dua keping logam yang sejajar adalah 0,2 cm. Kedua keping logam diberi
muatan listrik yang berlawanan hingga beda potensial mencapai 20.000 volt. Muatan
elektron adalah 1,6 1019 C. Besar dan arah gaya Coulomb pada sebuah elektron yang
berada di antara kedua keping logam adalah
A. 0,80 1012 N, ke atas
B. 1,20 1012 N, ke bawah
C. 1,20 1012 N, ke atas
D. 1,62 1012 N, ke bawah
E. 1,62 1012 N, ke atas
Pembahasan :
Diketahui :
d = 0,2 cm = 0,002 m
V = 20.000 Volt
e = 1,62 x 10-19 C
Ditanya :
Gaya listrik (F) ?
Jawab :
Rumus medan listrik, tegangan dan jarak antara pelat :
E=V/d
Keterangan : E = medan listrik, V = tegangan, d = jarak antara pelat
Rumus Gaya Coulomb, medan listrik dan muatan :
F=qE
Keterangan : F = gaya Coulomb atau gaya listrik, q = muatan, E = medan listrik
Besar dan arah gaya Coulomb pada elektron :
F=qE=qV/d
F = (1,62 x 10-19 C)(20.000 V) / 0,002 m
F = 1,62 x 10-12 N
Elektron bermuatan negatif sehingga ditolak oleh keping negatif dan ditarik oleh keping positif.
Jadi arah gaya ke atas.
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
E. 0,8 N
Pembahasan :
Diketahui :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Ditanya :
Gaya listrik ?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Jawaban yang benar adalah E.
14. Sebuah titik bermuatan q berada pada titik A di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh
muatan (+) sehingga mengalami gaya sebesar 0,1 N dalam arah menuju muatan q. Jika kuat
medan di titik A adalah 0,02 N/C, maka besar dan jenis muatan q adalah
A. 5,0 C, positif
B. 5,0 C, negatif
C. 4,0 C, positif
D. 2,5 C, negatif
E. 2,5 C, positif
Pembahasan :
Diketahui :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Ditanya :
Besar dan arah muatan q ?
Jawab :
Besar muatan q :
F=qE
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Jenis muatan q :
Arah gaya Coulomb menuju muatan q sehingga muatan q harus bernilai positif.
15. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.26
Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Muatan di A adalah 8 C dan
gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke
kanan sejauh 1 cm dan k = 9.109 Nm2.C-2, maka gaya tarik menarik yang bekerja pada
kedua muatan adalah
A. 45 N
B. 60 N
C. 80 N
D. 90 N
E. 120 N
Pembahasan
Diketahui :
Muatan listrik di A (qA) = 8 C = 8 x 10-6 Coulomb
Gaya listrik antara kedua muatan (F) = 45 Newton
Jarak antara kedua muatan (rAB) = 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10-2 meter
qB = F r2 / k (qA)
qB = (8)(2 x 10-2)2 / (9 x 109)(2 x 10-6)
qB = (8)(4 x 10-4)/ (18 x 103)
qB = (32 x 10-4) / (18 x 103)
qB = (32/18) x 10-7
qB = (16/9) x 10-7 Coulomb
Gaya listrik antara muatan A dan B :
F = k (qA)(qB) / r2
F = (9 x 109)(2 x 10-6)( (16/9) x 10-7) / (4 x 10-2)2
F = (18 x 103)( (16/9) x 10-7) / (16 x 10-4)
F = (2 x 103)(16 x 10-7) / (16 x 10-4)
F = (2 x 103)(1 x 10-7) / (1 x 10-4)
F = (2 x 10-4) / (1 x 10-4)
F = 2 Newton
Jawaban yang benar adalah A.
22. Dua buah partikel bermuatan berjarak R satu sama lain dan terjadi gaya tarik-menarik
sebesar F.
Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarik-menarik
yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya!
Pembahasan
sehingga
23. Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!
Jika QA = + 1 C, QB = 2 C ,QC = + 4 C dan k = 9 x 109 N m2 C 2 tentukan besar dan arah
gaya Coulomb pada muatan B !
Pembahasan
Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja FBA
yang berarah ke kiri dan hasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja FBCyang berarah ke
kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut:
Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukup
dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama Ftotal :
F total = FBC - FBA
F total = 72 X 10 - 3 - 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N
Langkah berikutnya adalah menghitung masing-masing besar kuat medan magnet E1 dan E2
kemudian mencari resultannya jangan lupa ubah satuan centimeter menjadi meter. Supaya lebih
mudah hitung secara terpisah satu persatu saja,..
Arah ke arah kanan.
26. Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B dan C yang membentuk suatu
segitiga dengan sudut siku-siku di A.
Jika gaya tarik-menarik antara muatan A dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara
muatan A dan C masing-masing sebesar 5 F, tentukan resultan gaya pada muatan A !
Pembahasan
Karena kedua gaya membentuk sudut 90cari dengan rumus vektor biasa :
27. Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti gambar berikut. Jarak antar ketiga
muatan masing-masing adalah 10 cm.
Pembahasan
Tipe soal mirip soal nomor 4, dengan sudut 60 dan nilai masing-masing gaya harus dicari terlebih
dahulu.
Angka 18 x 1011 N namakan saja X untuk mempermudah perhitungan selanjutnya.
28. Dua buah muatan masing - masing Q1 = 1 C dan Q2 = 4 C terpisah sejauh 10 cm.
Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !(Tipikal Soal UN)
Pembahasan
Letak titik belum diketahui sehingga ada tiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q1, di sebelah kanan
Q2 atau diantara Q1 dan Q2. Untuk memilih posisinya secara benar perhatikan ilustrasi berikut ini
dan ingat kembali bahwa kuat medan listrik "keluar untuk muatan positif" dan "masuk untuk
muatan negatif". Namakan saja titik yang akan dicari sebagai titik P.
Ada 2 tempat dimana E1 dan E2 saling berlawanan, ambil saja titik yang lebih dekat dengan muatan
yang nilai mutlaknya lebih kecil yaitu disebelah kiri Q 1 dan namakan jaraknya sebagai x.
29. Sebuah muatan listrik negatif sebesar Q yang berada pada suatu medan listrik E yang
berarah ke selatan. Tentukan besar dan arah gaya listrik pada muatan tersebut!
Pembahasan
Hubungan antara kuat medan listrik E dan gaya listrik F yang terjadi pada suatu muatan q adalah
F = QE
dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
Untuk muatan positif, arah F searah (sama arah) dengan arah E
Untuk muatan negatif, arah F berlawanan arah dengan arah E
Pada soal diatas E berarah ke selatan sehingga arah F adalah ke utara, karena muatannya adalah
negatif.
30. Perhatikan gambar tiga buah muatan yang berada di sekitar titik P berikut!
32. Pembahasan
33. 8 buah muatan listrik 4 diantaranya sebesar + 5 C dan 4 lainnya adalah 5 C tersusun
hingga membentuk suatu kubus yang memiliki sisi sepanjang r.
Tentukan besar potensial listrik di titik P yang merupakan titik berat kubus !
Pembahasan
Kenapa nol? Jarak masing-masing muatan ke titik P adalah sama dan besar muatan juga sama,
separuh positif dan separuh lagi negatif sehingga jika dimasukkan angkanya hasilnya adalah nol.
34. Dua buah partikel dengan besar muatan yang sama digantung dengan seutas tali sehingga
tersusun seperti gambar berikut!
Jika tan = 0,75 dan besar tegangan pada masing-masing tali adalah 0,01 N, tentukan besar gaya
tolak - menolak antara kedua partikel!
Pembahasan
Perhatikan uraian gaya pada Q2 berikut !
Karena nilai gaya tali sudah diketahui, maka dengan prinsip keseimbangan biasa didapat:
FC = T sin
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton
35. Sebuah partikel yang bermuatan negatif sebesar 5 Coulomb diletakkan diantara dua buah
keping yang memiliki muatan berlawanan.
Jika muatan tersebut mengalami gaya sebesar 0,4 N ke arah keping B, tentukan besar kuat medan
Jika besar potensial listrik pada titik P adalah (kQ / x ) volt, tentukan nilai x !
Pembahasan
Untuk mencari potensial suatu titik yang berada di luar bola, V = (kq)/r dimana r adalah jarak titik
tersebut ke pusat bola atau x = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.
36. Tentukan besarnya usaha untuk memindahkan muatan sebesar positif sebesar 10 C dari
beda potensial 230 kilovolt ke 330 kilovolt !
Pembahasan
W = q V
W = 10C x 100 kvolt = 1 joule
37. Perhatikan gambar berikut ! E adalah kuat medan listrik pada suatu titik yang ditimbulkan
oleh bola berongga yang bermuatan listrik + q.
Tentukan besar kuat medan listrik di titik P, Q dan R jika jari-jari bola adalah x dan titik R berada
sejauh h dari permukaan bola!
Pembahasan
Titik P di dalam bola sehingga EP = 0
Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2
Titik R di luar bola sehingga ER = (kq)/(x + h)2
38. Sebuah partikel bermassa m dan bermuatan negatif diam melayang diantara dua keping
sejajar yang berlawanan muatan.
Jika g adalah percepatan gravitasi bumi dan Q adalah muatan partikel tentukan nilai kuat medan
listrik E antara kedua keping dan jenis muatan pada keping Q !
Pembahasan
Jika ditinjau gaya-gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gravitasi/ gaya berat yang
arahnya ke bawah. Karena partikel melayang yang berarti terjadi keseimbangan gaya-gaya, maka
pastilah arah gaya listriknya ke atas untuk mengimbangi gaya berat. Muatan negatif berarti arah
medan listrik E berlawanan dengan arah gaya listrik F sehingga arah E adalah ke bawah dan keping
P adalah positif (E "keluar dari positif, masuk ke negatif"), keping Q negatif.
Untuk mencari besar E :
F listrik = W
qE = mg
E = (mg)/q
39. Gambar garis gaya manakah yang benar jika dua muatan didekatkan?
A.
B.
C.
D.
E.