Jika ab = bc = 3 cm dan besar muatan sama q= 2 x 10-7 c, gaya yang bekerja pada titik b sebesar

1. Soal UN 2011/2012 A81 No.32

Tiga buah muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Gaya Coulomb yang dialami muatan B sebesar …. (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 μC = 10−6 C)

A. 09 x 101 N ke muatan C

B. 09 x 101 N ke muatan A

C. 18 x 101 N ke muatan C

D. 18 x 101 N ke muatan A

E. 36 x 101 N ke muatan C

Pembahasan

Diketahui :

qA = 10 µC = 10 x 10-6 C = 10-5 Coulomb

qB = 10 µC = 10 x 10-6 = 10-5 Coulomb

qC = 20 µC = 20 x 10-6 = 2 x 10-5 Coulomb

rAB = 0,1 meter = 10-1 meter

rBC = 0,1 meter = 10-1 meter

k = 9 x 109 Nm2C−2

Ditanya : Gaya Coulomb yang dialami muatan B

Jawab :

Terdapat dua gaya Coulomb atau gaya listrik yang bekerja pada muatan B, yakni gaya Coulomb antara muatan A dan B (FAB) serta gaya Coulomb antara muatan B dan C (FBC). Gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B merupakan resultan dari FAB dan FBC.

Gaya Coulomb antara muatan A dan B :

Muatan A bertanda positif dan muatan B bertanda positif sehingga FAB menuju muatan C.

Gaya Coulomb antara muatan B dan C :

Muatan B bertanda positif dan muatan C bertanda positif sehingga FBC menuju muatan A.

Gaya Coulomb yang dialami muatan B :

FB = FBC – FAB = 180-90 = 90 N

Besar gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B (FB) adalah 90 Newton. Arah FB sama dengan arah FBC yakni menuju muatan A.

Jawaban yang benar adalah B.

2. Soal UN 2011/2012 C61 No.32

Besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 μC = 10−6 C)

A. 2,5 k Q2 r-2 ke kiri

B. 2,5 k Q2 r-2 ke kanan

C. 2 k Q2 r-2 ke kiri

D. 2 k Q2 r-2 ke kanan

E. 1 k Q2 r-2 ke kiri

Pembahasan

Diketahui :

Muatan A (qA) = +Q

Muatan B (qB) = -2Q

Muatan C (qC) = -Q

Jarak antara muatan A dan B (rAB) = r

Jarak antara muatan B dan C (rBC) = 2r

k = 9 x 109 Nm2C−2

Ditanya : besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B

Jawab :

Gaya Coulomb antara muatan A dan muatan B :

Muatan A positif dan muatan B negatif sehingga arah FAB menuju muatan A

Gaya Coulomb antara muatan B dan muatan C :

Muatan B negatif dan muatan C negatif sehingga arah FBC menuju muatan A

Resultan gaya yang bekerja pada muatan B :

F = FAB + FBC = 2 k Q2/r2 + 0,5 k Q2/r2 = 2,5 k Q2/r2 = 2,5 k Q2 r-2

Arah gaya Coulomb menuju muatan A atau ke kiri.

Jawaban yang benar adalah A.

3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.26

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.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 µC = 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

Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2

Ditanya : Gaya listrik antara kedua muatan jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm atau 0,01 meter

Jawab :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik di B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik di A digeser ke kanan sejauh 1 cm.

Muatan listrik di B :

Rumus hukum Coulomb :

F = k (qA)(qB) / r2

F r2 = k (qA)(qB)

qB = F r2 / k (qA)

Muatan listrik di B :

qB = (45)(4 x 10-2)2 / (9 x 109)(8 x 10-6)

qB = (45)(16 x 10-4) / 72 x 103

qB = (720 x 10-4) / (72 x 103)

qB = 10 x 10-7 Coulomb

Gaya listrik antar muatan listrik A dan B :

Jika muatan di A digeser ke kanan sejauh 1 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 3 cm = 0,03 meter = 3 x 10-2 meter

F = k (qA)(qB) / r2

F = (9 x 109)(8 x 10-6)(10 x 10-7) / (3 x 10-2)2

F = (9 x 109)(80 x 10-13) / (9 x 10-4)

F = (1 x 109)(80 x 10-13) / (1 x 10-4)

F = (80 x 10-4) / (1 x 10-4)

F = 80 Newton

Jawaban yang benar adalah C.

4. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.26

Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P (1 µC = 10-6 C dan k = 9 x 109 Nm2.C-2), maka gaya listrik yang terjadi adalah…

A. 8 N

B. 16 N

C. 32 N

D. 40 N

E. 56 N

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antara muatan P dan Q (rPQ) = 10 cm = 0,1 m = 1 x 10-1 m

Gaya listrik antara muatan P dan Q (F) = 8 N

Muatan listrik Q (qQ) = 40 µC = 40 x 10-6 C

Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2

Ditanya : Gaya listrik antara muatan P dan Q jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P

Jawab :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik P, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik Q digeser 5 cm menuju muatan P.

Muatan listrik P :

qP = F r2 / k (qQ)

qP = (8)(1 x 10-1)2 / (9 x 109)(40 x 10-6)

qP = (8)(1 x 10-2) / 360 x 103

qP = (8 x 10-2) / (36 x 104)

qP = (1 x 10-2) / (4,5 x 104)

qP = (1/4,5) x 10-6 Coulomb

Gaya listrik antar muatan listrik P dan Q :

Jika muatan di Q digeser ke kiri 5 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 5 cm = 0,05 meter = 5 x 10-2 meter

F = k (qP)(qQ) / r2

F = (9 x 109)( (1/4,5) x 10-6)(40 x 10-6) / (5 x 10-2)2

F = (2 x 103)(40 x 10-6) / (25 x 10-4)

F = (80 x 10-3) / (25 x 10-4)

F = 3,2 x 101

F = 32 Newton

Jawaban yang benar adalah C.

5. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 70 No.26

Perhatikan gambar muatan listrik berikut. Gaya listrik yang dialami muatan qB adalah 8 N (1 µC = 10-6 C) dan (k = 9.109 N.m2.C-2). Jika muatan qB digeser menjadi 4 cm dari A, maka gaya listrik yang dialami qB sekarang adalah…

A. 2 N

B. 4 N

C. 6 N

D. 8 N

E. 10 N

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antara muatan A dan B (rAB) = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10-2 m

Gaya listrik antara muatan A dan B (F) = 8 N

Muatan listrik A (qA) = 2 µC = 2 x 10-6 C

Konstanta (k) = 9 x 109 Nm2.C-2

Ditanya : Gaya listrik antara muatan A dan B jika jarak antara kedua muatan menjadi 4 cm

Jawab :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik jika jarak kedua muatan listrik menjadi 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10-2 meter.

Muatan listrik B :

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.

6. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.26

Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC) seperti pada gambar di samping (k = 9.109 N.m2.C-2, 1 µ = 10-6). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah….

A. 0,9√3 N

B. 0,9√2 N

C. 0,9 N

D. 0,81 N

E. 0,4 N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan pada titik A (qA) = 2 µC = 2 x 10-6 Coulomb

Muatan pada titik B (qB) = 2 µC = 2 x 10-6 Coulomb

Muatan pada titik C (qC) = 2 µC = 2 x 10-6 Coulomb

Jarak B ke C (rBC) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10-1 meter

Jarak B ke A (rBA) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10-1 meter

k = 9.109 N.m2.C-2

Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B

Jawab :

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :

FBC = k (qB)(qC) / rBC2

FBC = (9 x 109)(2 x 10-6)(2 x 10-6) / (2 x 10-1)2

FBC = (9 x 109)(4 x 10-12) / (4 x 10-2)

FBC = (36 x 10-3) / (4 x 10-2)

FBC = 9 x 10-1

FBC = 0,9 Newton

Muatan listrik pada titik B dan C positif karenanya arah gaya listrik FBC ke kiri, menjauhi titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :

FBA = k (qB)(qA) / rBA2

FBA = (9 x 109)(2 x 10-6)(2 x 10-6) / (2 x 10-1)2

FBA = (9 x 109)(4 x 10-12) / (4 x 10-2)

FBA = (36 x 10-3) / (4 x 10-2)

FBA = 9 x 10-1

FBA = 0,9 Newton

Muatan listrik pada titik B dan A positif karenanya arah gaya listrik FBA ke bawah, menjauhi titik A.

Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

Jawaban yang benar adalah B.

7. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.26

Perhatikan gambar berikut ini!

Tiga muatan Q1, Q2, dan Q3 berada pada posisi di ujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui k = 9.109 N.m2.C-2 dan 1 µ = 10-6 maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q1 adalah….

A. 1 N

B. 5 N

C. 7 N

D. 10 N

E. 12 N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan pada titik A (qA) = 3 µC = 3 x 10-6 Coulomb

Muatan pada titik B (qB) = -10 µC = -10 x 10-6 Coulomb

Muatan pada titik C (qC) = 4 µC = 4 x 10-6 Coulomb

Jarak B ke C (rBC) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10-1 meter

Jarak B ke A (rBA) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10-1 meter

k = 9.109 N.m2.C-2

Ditanya : Resultan gaya Coulomb pada titik B

Jawab :

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :

FBC = k (qB)(qC) / rBC2

FBC = (9 x 109)(10 x 10-6)(4 x 10-6) / (3 x 10-1)2

FBC = (9 x 109)(40 x 10-12) / (9 x 10-2)

FBC = (360 x 10-3) / (9 x 10-2)

FBC = 40 x 10-1

FBC = 4 Newton

Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik C bertanda positif, karenanya arah gaya listrik FBC ke kanan menuju titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :

FBA = k (qB)(qA) / rBA2

FBA = (9 x 109)(10 x 10-6)(3 x 10-6) / (3 x 10-1)2

FBA = (9 x 109)(30 x 10-12) / (9 x 10-2)

FBA = (270 x 10-3) / (9 x 10-2)

FBA = 30 x 10-1

FBA = 3 Newton

Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik A bertanda positif, karenanya arah gaya listrik FBA ke atas menuju titik A.

Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

Jawaban yang benar adalah B.