Apakah jarak antara muatan memengaruhi besar gaya tolak menolak atau gaya tarik-menarik kedua muatan?

Pernahkah kalian melihat fenomena ketika kita mendekatkan ujung batu baterai tetapi tak bisa ditempelkan antara ujung keduanya?

Jika pernah, kalian berarti secara langsung fenomena dari elektrostatis. Fenomena itu bisa terjadi karena ujung dari batu baterai memiliki muatan listrik positif (+) dan negatif (-). Ketika kita mendekatkan ujung yang bermuatan positif dengan ujung yang bermuatan positif juga, kedua baterai tersebut seolah menolak untuk menempel. Namun, jika ujung yang positif didekatkan dengan ujung yang negatif maka akan dengan mudah saling menempel.

Fenomena elektrostatis tersebut kemudian akan dibahas lebih mendalam melalui hukum yang bernama hukum coulomb.

Artikel ini akan menjelaskan lebih lanjut mengenai materi mata pelajaran fisika kelas 12 soal hukum coulomb beserta contoh-contoh soalnya. Berikut penjelasannya:

Sejarah Hukum Coulomb

Hukum ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan fisika asal Perancis, Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1780-an.

Pada awalnya pengembangan dari hukum ini sebenarnya sudah dimulai sejak tahun 600 SM. Semuanya bermula dari ditemukannya teori listrik statis. Kemudian teori itu terus dikembangkan oleh ilmuwan lainnya.

Pada tahun 1600, ilmuwan asal Inggris William Gilbert melakukan sebuah penelitian mengenai listrik statis untuk membedakan dengan efek batu magnet. Dari penelitian William Gilbert itu kemudian ditemukan kata-kata electric dalam istilah kelistrikan.

Kemudian pada abad 18, giliran dua ilmuwan asal Italia, yaitu Daniel Bernoulli dan Alessandro Volta yang mencoba mengukur gaya antar pelat kapasitor untuk mengetahui apakah gaya listrik berkurang seiring dengan jarak yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Selain itu adapun Franz Aepinus yang menemukan hukum kuadrat terbalik pada 1758.

Setelah itu ada eksperimen dari ilmuwan asal Inggris, Joseph Priestley yang melakukan eksperimen terhadap bola bermuatan listrik. Ia mengusulkan bahwa gaya listrik mengikuti hukum kuadrat terbalik, tetapi ia tak menguraikan secara detail dan hanya menduga bahwa gaya antar muatan bervariasi sebagai kuadrat terbalik dari jarak.

Kemudian puncaknya adalah penelitian yang dilakukan oleh Charles Augustin de Coulomb pada 1785. Dalam penelitian, Coulomb melakukan percobaan dengan menggunakan sebuah neraca torsi untuk mengetahui besarnya gaya yang bekerja pada dua buah objek yang memiliki muatan listrik.

Hasilnya, Coulomb menemukan teori listrik statis yang akhirnya diberi nama Hukum Coulomb. Selain diabadikan menjadi nama hukum, nama Coulomb juga diabadikan menjadi satuan muatan listrik, yaitu Coulomb (C).

Baca juga: Memahami Rumus Teorema Pythagoras dan Contoh Soal

Pengertian Hukum Coulomb

Hukum Coulomb pada dasarnya merupakan hukum yang menjabarkan mengenai hubungan yang ada di dalam muatan listrik. Seperti diketahui muatan listrik dibagi menjadi dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif.

Hukum ini menjelaskan mengenai kondisi ketika dua muatan listrik dengan jarak tertentu saling berinteraksi dan melakukan gaya tolak menolak atau tarik menarik. Salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya gaya hukum coulomb adalah sendiri adalah besar dari muatan listrik benda tersebut.

Gaya tolak menolak akan muncul ketika muatan listrik sejenis (++/–) saling bertemu, sedangkan tarik menarik akan terjadi apabila muatan listrik yang berlainan (+-) bertemu.

Hukum coulomb ini sebenarnya memiliki kemiripan dengan hukum gravitasi terkemuka yang ditemukan oleh Isaac Newton. Persamaannya terletak pada perbandingan kuadrat yang terbalik. Sedangkan perbedaannya terletak gaya yang dihasilkan, di mana gaya gravitasi hanya terjadi tarik-menarik, sedangkan gaya listrik tarik-menarik dan tolak-menolak.

Bunyi Hukum Coulomb

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Charles Auguste de Coulomb. Maka ia menyimpulkan bahwa bunyi dari Hukum Coulomb itu adalah:

“Apabila terdapat dua benda bermuatan listrik maka akan menimbulkan gaya di antara keduanya, yaitu tarik menarik atau tolak menolak, besarnya akan sebanding lurus dengan hasil kali nilai kedua muatan dengan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara dua benda tersebut.”

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, saat dua muatan sejenis didekatkan akan timbul gaya menolak, sedangkan dua buah muatan yang berbeda jika didekatkan akan tarik menarik sehingga bisa menempel. Dua gaya tersebut disebut dengan gaya elektrostatis.

Contoh sederhana yang bisa kalian lihat adalah yang terjadi ketika ujung magnet didekatkan. Apabila sisi magnet yang bermuatan negatif didekatkan dengan sisi magnet lainnya yang bermuatan positif, atau besi yang bermuatan positif, maka magnet tersebut akan menempel. Tetapi jika sisi magnet negatif didekatkan dengan sisi magnet yang juga negatif maka akan terjadi penolakan.

Contoh lainnya adalah penerapan dari penangkal petir yang biasanya ada di rumah-rumah. Cara kerja penangkal petir umumnya bermuatan positif. Sehingga ketika ada petir yang bermuatan negatif akan menangkap petir tersebut kemudian akan dialirkan ke tanah menggunakan kabel konduktor sehingga aliran petir tersebut tidak masuk ke dalam aliran listrik di dalam rumah.

Rumus Hukum Coulomb

Dari pernyataan yang diutarakan oleh Charles Auguste de Coulomb, muncul rumus matematis untuk menentukan besar gaya coulomb sebagai berikut:

Keterangan:

F : Gaya Coulomb (N)

K : Konstanta Coulomb ( 9×109 Nm2/C2)

q1 : Besar muatan benda 1 (C)

q2 : Besar muatan benda 2 (C)

r : Jarak antar muatan (m)

Besar satuan Coulomb (C)

1 micro coulomb (µC) = 1×10-6 C

1 nano coulomb (nC) = 1×10-9 C

Dari rumus tersebut dapat disimpulkan bahwa nilai konstanta coulomb akan bergantung pada satuan yang dipilih.

Dengan demikian juga dapat diartikan bahwa semakin jauh jarak antara kedua muatan akan menyebabkan gaya listrik semakin kecil. Sebaliknya, jika jarak antara kedua muatan dekat, akan menyebabkan gaya listrik semakin besar.

Contoh Soal Hukum Coulomb

1. Dua buah magnet diketahui masing-masing memiliki muatan listrik sebesar 4 C dan 2 C dan kedua magnet tersebut memiliki jarak 3 meter. Maka tentukanlah berapa gaya coulomb yang terjadi dari kedua muatan.

tersebut!

Jawab:

Diketahui:

F : ?

K : 9×109 Nm2/C2

q1 : 4 C

q2 : 2 C

r : 3 meter

Maka gaya coulomb yang dihasilkan dari dua muatan listrik tersebut adalah 8×109 N.

2. Dua buah benda masing-masing memiliki muatan listrik sebesar 4×10-6 C dan 6×10-6 C dan memiliki jarak 2 cm. Tentukanlah berapa gaya coulomb yang timbul dari dua benda tersebut!

Jawab:

F : ?

K : 9×109 Nm2/C2

q1 : 4×10-6 C

q2 : 6×10-6 C

r : 2 cm = 0,02 m

109

Maka gaya coulomb yang terdapat pada dua benda tersebut adalah 540 N.

3. Dua buah benda memiliki muatan listrik masing-masing 10 mikro coulomb (µC)dan 50 mikro coulomb (µC). Jika jarak antara kedua benda bermuatan itu adalah 10 cm. Berapakah gaya coulomb yang timbul dari dua benda bermuatan listrik tersebut!

Jawab:

F : ?

K : 9×109 Nm2/C2

q1 : 10 µC = 10×10-6 C

q2 : 50 µç = 50×10-6 C

r : 10 cm = 0,1 m

Makan gaya coulomb yang ditimbulkan dari kedua benda tersebut adalah 450 N.

Demikian pembahasan mengenai Hukum Coulomb beserta rumus dan contoh soalnya.

Materi hukum coulomb ini juga akan diajarkan di Sampoerna Academy tetapi dengan metode yang berbeda. Karena di Sampoerna Academy menerapkan metode pembelajaran, salah satunya adalah praktek yang akan memotivasi eksplorasi, kolaborasi, kreativitas, serta penerapan pengetahuan dan keterampilan.

Oleh karena itu, bergabunglah dengan Sampoerna Academy. Untuk memahami lebih jauh seperti apa metode pengajaran di Sampoerna Academy? Silakan klik link ini.

Source:

Wikipedia.org – Hukum Coulomb