Bank Soal Fisika SMA Gaya dan Medan Listrik

Diketahui:

Kondisi tiga buah partikel bermuatan.

Muatan 1 $q_1=-2\ \mu\text{C}\ =-2\times10^{-6}\text{ C}$

Muatan 2 $q_2=+2\ \mu\text{C}\ =+2\times10^{-6}\text{ C}$

Muatan 3 $q_2=-6\ \mu\text{C}\ =-6\times10^{-6}\text{ C}$

Konstanta Coulomb $k=9\times10^9$ N m²/C²

Ditanya:

Gaya Coulomb yang dialami partikel 2 $F_2=?$

Dijawab:

Gaya Coulomb adalah gaya interaksi yang berupa tolak-menolak atau tarik-menarik yang ditimbulkan oleh dua benda yang bermuatan listrik pada jarak tertentu. Benda-benda yang bermuatan sejenis akan mengalami interaksi tolak-menolak. Sebaliknya,benda-benda yang bermuatan berlawanan jenis akan mengalami interaksi tarik-menarik.

Gaya interaksi yang dialami partikel 2 dapat kita gambarkan seperti berikut.

Di mana $F_{21\ }$adalah gaya yang dialami partikel 2 oleh pengaruh partikel 1. Gayanya mengarah ke partikel 1 karena partikel 1 dan 2 memiliki muatan yang berlawanan jenis, sehingga saling tarik-menarik. Dan $F_{23\ }$adalah gaya yang dialami partikel 2 oleh pengaruh partikel 3. Gayanya mengarah ke partikel 3 karena partikel 2 dan 3 memiliki muatan yang berlawanan jenis, sehingga saling tarik-menarik.

Pertama-tama kita cari nilai $F_{21}$.

$F_{21}=k\frac{q_1q_2}{r_{12}^2}$

$F_{21}=\left(9\times10^9\right)\frac{\left(2\times10^{-6}\right)\left(2\times10^{-6}\right)}{3^2}$ (Positif negatif tidak perlu dimasukkan pada perhitungan karena positif negatif hanya memberikan informasi muatannya berupa muatan positif atau negatif).

$F_{21}=\frac{\left(36\times10^{-3}\right)}{9}$

$F_{21}=4\times10^{-3}$ N

Kemudian kita cari nilai $F_{23}$.

$F_{23}=k\frac{q_2q_3}{r_{23}^2}$

$F_{23}=\left(9\times10^9\right)\frac{\left(2\times10^{-6}\right)\left(6\times10^{-6}\right)}{6^2}$ (Positif negatif tidak perlu dimasukkan pada perhitungan karena positif negatif hanya memberikan informasi muatannya berupa muatan positif atau negatif).

$F_{23}=\frac{\left(108\times10^{-3}\right)}{36}$

$F_{23}=3\times10^{-3}$ N

Karena gaya-gaya interaksi yang dialami partikel 2 membentuk sudut sikut-siku, maka gaya yang dialami partikel 2 dapat dicari dengan persamaan berikut.

$F_2=\sqrt{F_{21}^2+F_{23}^2}$

$F_2=\sqrt{\left(4\times10^{-3}\right)^2+\left(3\times10^{-3}\right)^2}$

$F_2=\sqrt{\left(16\times10^{-6}\right)+\left(9\times10^{-6}\right)}$

$F_2=\sqrt{25\times10^{-6}}$

$F_2=5\times10^{-3}$ N

Jadi, gaya Coulomb yang dialami partikel 2 adalah $5\times10^{-3}$ N.