Berikut ini merupakan pembahasan soal fisika SMA kelas XII MIA tentang gaya listrik atau gaya Coloumb. Materi ini merupakan salah satu bahasan tentang listrik statis dan diajarkan pada semester 1 atau ganjil. oke langsung saja berikut contoh-contoh soal dan pembahasannya.
Nomor 1
Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Muatan di A adalah 8 µC 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/C2,maka gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan sekarang adalah... A. 45 N B. 60 N C. 80 N D. 90 N E. 120 N
Pembahasan: Diketahui: QA= 8 µC = 8 . 10-6 C F1= 45 N r1= 4 cm r2= 4 cm – 1 cm = 3 cm (digeser ke kanan)
Ditanya: F2 = ...
Nomor 2 Dua buah benda A dan B bermuatan, mula-mula ditempatkan pada jarak 0,5 m satu sama lain sehingga timbul gaya 81 N. Jika jarak A dan B diperbesar menjadi 1,5 m, gaya tarik menarik keduanya menjadi...(k = 9 . 109 Nm2/C2) A. 3 N B. 6 N C. 9 N D. 12 N E. 15 N
Pembahasan: Diketahui: F1= 81 N
r1= 0,5 N
r2= 1,5 N
Ditanya: F2 = ...
Jawab:
Nomor 3
Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2= 20 μC dan q3 terpisah seperti pada gambar di udara: 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
UN 2008
Pembahasan:
Diketahui:
q1= 10 µC
q2= 20 µC
r1= a
r2= 0,5 a
Ditanya: q3 = ...
Jawab:
Agar gaya listrik pada q2 = nol berarti arah gaya listrik pada muatan q2harus berlawanan.
RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN TENTANG LISTRIK STATIS
Listrik statis merupakan salah satu bahasan fisika yang membahas tentang muatan listrik yang diam. Muatan listrik ada dua macam yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan-muatan sejenis tolak menolak dan muatan berbeda jenis tarik-menarik. Itu hanya sedikit ulasan tentang listrik statis.
Dibawah ini merupakan ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang listrik statis ini meliputi gaya listrik atau gaya Coulomb, medan listrik, potensial listrik, dan Kapasitor. Bahasan kapasitor meliputi kapasitansi kapasitor, kapasitor keping sejajar, rangkaian seri dan rangkaian paralel kapasitor, dan energi potensial kapasitor.
GAYA LISTRIK
Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan sebanding dengan muatan-muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.
Keterangan: F = gaya listrik (N).
k = tetapan Coulomb (9 . 109Nm2/C2).
Q1 = muatan listrik 1 (C).
Q2 = muatan listrik 2 (C).
r = jarak kedua muatan (m).
Arah dari gaya listrik adalah tolak menolak jika muatan sejenis dan tarik menarik jika muatan berbeda jenis.
MEDAN LISTRIK
Arah medan listrik adalah dari muatan positif menuju muatan negatif.
POTENSIAL LISTRIK
KAPASITOR
Adalah suatu piranti yang berguna untuk menyimpan muatan dan energi listrik.
Keterangan: C = kapasitansi kapasitor (Farad). Q = muatan listrik (C). V = beda potensial (Volt).
KAPASITOR KEPING SEJAJAR
Keterangan:
ɛ = ɛr . ɛ0 = permitivitas bahan.
A = luas keping.
d = jarak antar keping.
ɛr = permitivitas relatif.
ɛ0 = permitivitas vakum/udara.
SUSUNAN SERI KAPASITOR
SUSUNAN PARALEL KAPASITOR
ENERGI POTENSIAL KAPASITOR
CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN
Nomor 1 (UN 2013) Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah sejauh 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P, maka gaya listrik yang terjadi adalah... A. 8 N B. 16 N C. 32 N D. 40 N E. 56 N
Pembahasan Membandingkan dua persamaan gaya Coulomb: F2 = 8 N . 4 = 32 N Jawaban: C
Nomor 2 (UN 2013) Dua muatan listrik terpisah seperti gambar. Kuat medan pada titik P adalah...A. 9,0 x 109 N/C B. 4,5 x 109 N/C C. 3,6 x 109 N/C D. 5,4 x 108 N/C E. 4,5 x 108 N/C
Pembahasan Jika tanda muatan berbeda berarti besar medan listrik di P: Ep = Eb - Ea Ep = k (Qb / r12 - Qa / r22) Ep = 9,0 x 109 (2 / 22 - 2,5 / 52) Ep = 9,0 x 109 (1/2 - 1/10) Ep = 3,6 x x 109 N Jawaban: C
Nomor 3 (UN 2013) Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah...
PembahasanGaris gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif Jawaban: E
Nomor 4
Dua buah muatan listrik identik tetapi bermuatan tidak sama diletakkan terpisah seperti gambar. F adalah gaya elektrostatis kedua muatan.
Jika jarak kedua muatan dijadikan ½ r, maka gaya elektrostatis yang bekerja pada tiap muatan adalah... A. 8 F B. 4 F C. 3/2 F D. ½ F E. ¼ F
Pembahasan Membandingkan 2 buah gaya listrik:
F2 = 4F
Jawaban: B
Nomor 5
Perhatikan gambar muatan listrik berikut. Gaya listrik yang dialami q dari titik A adalah 12 N. Jika muatan q digeser mendekati titik A sejauh 5 mm, maka gaya listrik yang dialami yang dialami q adalah... A. 54 N B. 48 N C. 27 N D. 9 N E. 3 N
Pembahasan
Gunakan rumus seperti nomor 1
F2 = 12 N . 4 = 48 N
Jawaban: B
Nomor 6
Dua muatan berjarak 2 meter berada diudara. Apabila jarak kedua muatan 6 kali semula, maka besar gaya Coulomb menjadi... A. ½ kali semula B. ¼ kali semula C. 1/9 kali semula D. 1/16 kali semula E. 1/36 kali semula
Pembahasan
F2 = 1/36 F1
Jawaban: E
Nomor 7 Tiga buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Resultan gaya yang bekerja pada muatan +q adalah F1. Jika muatan − 2 q digeser menjauhi muatan + q sejauh a, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan +q menjadi F2. Nilai perbandingan F1 dengan F2adalah.... A. 2 : 5 B. 5 : 2 C. 5 : 8 D. 8 : 1 E. 8 : 5
Pembahasan
Tentukan terlebih dahulu besar F1
F1 = (k . 2q . q) / (a)2 + (k . q . 2q) / (a)2 = 2 k q2/a2 + 2 k q2/a2 = 4 k q2/a2
Menentukan besar F2 F2 = (k . 2q . q) / (a)2 + (k . q . 2q) / (2a)2 = 2 k q2/a2 + 1/2 k q2/a2 = 5/2 k q2/a2
Jadi
F1 : F2 = 4 k q2/a2 : 5/2 k q2/a2 F1 : F2 = 8 : 5
Jawaban: E
Nomor 8
Tiga muatan listrik disusun seperti gambar. Agar muatan uji P bebas dari pengaruh gaya elektrostatik muatan Q1 dan Q2, maka nilai x adalah ... A. 4 cm B. 5 cm C. 6 cm D. 7 cm E. 8 cm
Pembahasan Untuk menghitung nilai x gunakan
E1 = E2 k Q1 / r12 = k Q2 / r22
1/2 = x /(x + 4)
x + 4 = 2xsehingga2x - x = 4
x = 4
Jawaban: A
Nomor 9
Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh a. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 NC– 1 . Jika titik A tersebut digeser 1/4 a mendekati salah satu muatan maka besar kuat medan listrik di titik A setelah digeser menjadi....
A.4 N/C
B.16 N/C
C.32 N/C
D.40 N/C
E.80 N/C
Pembahasan
Membandingkan 2 persamaan medan listrik E1 / E2 = k Q1 / r12 / k Q2 / r22 = r22 / r12
E2 = 36 . 4/9 = 16 N/C Jawaban: B
Nomor 10 Perhatikan gambar berikut ini.
Kuat medan listrik dititik A adalah...(k = 9 . 109 Nm2/C2)
A.9,0 . 107 N/C
B.7,5 . 107 N/C
C.7,2 . 107 N/C
D.6,0 . 107 N/C
E.5,4 . 107 N/C
Pembahasan EA = E1 + E2 = k (Q1 / r12 + Q2 / r22) EA = 9 . 109 ( 3 . 10-6 / (0,03)2 + 2 . 10-6 / (0,02)2 N/C EA = 9 . 109 (1/3 . 10-2 +1/2 . 10-2) N/C EA = 9 . 109 (5/6 . 10-2) N/C = 7,5 . 107 N/C Jawaban: B Nomor 11
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut. Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah...
A. 0,6 . 10-3 joule
B.1,2 . 10-3 joule
C.1,8 . 10-3 joule
D.2,4 . 10-3 joule
E.3,0 . 10-3 joule
Pembahasan
Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas. 1/Cs1 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = (3 + 2 + 1) / 12 = 6/12 = 2 µF Cs1 = 2 µF 1/Cs2 = 1/2 + 1/2 = 1 µF Cs2 = 1 µF Ctotal = 2 µF + 1 µF = 3 µF = 3 . 10-6 F Menghitung energi potensial kapasitor E = 1/2 C V2 = 1/2 . 3 . 10-6 F . (40 V)2 E = 2,4 . 10-3 J Jawaban: D Nomor 12 Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut. Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah...
A.1,44 . 10-4 J
B.2,88 . 10-4 J
C.5,76 . 10-4 J
D.7,20 . 10-4 J
E.8,34 . 10-4J
Pembahasan Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas.
Cp1 = 7 µF + 5 µF = 12 µF Cp2 = 4 µF + 2 µF = 6 µF 1/Ctot = 1/12 + 1/4 + 1/6 = (1 + 3 + 2) / 12 = 6/12 Ctot = 2 µF = 2 . 10-6 F Menghitung energi potensial kapasitor E = 1/2 C V2 = 1/2 . 2 . 10-6 F . (24 V)2 E = 576 . 10-6 J Jawaban: C Nomor 13
Perhatikan faktor-faktor berikut ini! (1) konstanta dielektrik (2) tebal pelat (3) luas pelat (4) jarak kedua pelat Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar jika diberi muatan adalah…. A. (1) dan (2) saja B. (3) dan (4) saja C. (1), (2), dan (3) D. (1), (2), dan (4) E. (1), (3), dan (4)
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar adalah dielektrik, luas pelat dan jarak antar pelat. Jawaban: E
