Besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q

Fisikastudycenter.com - Pembahasan Soal UN fisika SMA tahun 2011, soal Paket 12 wilayah Kepulauan Riau, Batam, Tanjung Pinang, Lingga, Anambas, Natuna, Karimun, Bintan dan sekitarnya. Soal Nomor 26-30.

Soal No. 26

Dini berada di dalam kereta api A yang berhenti. Sebuah kereta api lain (B) bergerak mendekati A dengan kecepatan 2 m.s−1 sambil membunyikan peluit dengan frekuensi 676 Hz. Bila cepat rambat bunyi di udara 340 m.s−1, maka frekuensi peluit kereta api B yang didengar Dini adalah.... A. 680 Hz B. 676 Hz C. 660 Hz D. 656 Hz E. 640 Hz

Pembahasan

Efek Doppler pada gelombang bunyi, menentukan frekuensi yang didengar. Data dari soal: Kecepatan pendengar Vp = 0 m/s Kecepatan sumber bunyi Vs = 2 m/s Kecepatan bunyi di udara V = 340 m/s Frekuensi sumber bunyi fs = 676 Hz

Frekuensi pendengar fp= .....?

Rumus efek doppler, masukkan data yang ada didapat:

Soal No. 27

Perhatikan rangkaian di bawah ini

Bila hambatan dalam sumber tegangan masing-masing 0,5 Ω besar kuat arus yang melalui rangkaian tersebut adalah.... A. 0,5 A B. 1,5 A C. 1,8 A D. 4,5 A E. 5,4 A

Pembahasan

Rangkaian listrik arus searah /DC sederhana dengan melibatkan beberapa hambatan dalam. Dengan hukum Kirchoff tegangan didapat:

Soal No. 28

Perhatikan pengukuran pada rangkaian listrik berikut!

Beda potensial pada ujung-ujung hambatan 20 Ω adalah.... A. 0,6 volt B. 1,2 volt C. 1,5 volt D. 3 volt E. 12 volt

Pembahasan

Menentukan hambatan dengan eksperimen pengukuran. Kuat arus yang terbaca pada amperemeter adalah 0,6 ampere, sehingga tegangan pada hambatan adalah

Soal No. 29

Dua partikel masing-masing bermuatan qA = 1 μC dan qB = 4 μC diletakkan terpisah sejauh 4 cm (k = 9 x 109 N m2 C−2). Besar kuat medan listrik di tengah-tengah qA dan qB adalah.....
A. 6,75 x 107 N. C−1
B. 4,50 x 107 N. C−1
C. 4,20 x 107 N. C−1
D. 3,60 x 107 N. C−1
E. 2,25 x 107 N. C−1

Pembahasan

Menentukan kuat medan listrik pada sebuah titik di antara dua buah muatan. Arah-arah kuat medan listrik dari kedua muatan sebagaimana ilustrasi berikut ini

Sehingga

Soal No. 30

Perhatikan gambar di bawah. Ketiga muatan listrik q1, q, dan q2 adalah segaris.

Bila q = 5,0 μC dan d = 30 cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q adalah....(k = 9 x 109 N m2 C−2)

A. 7,5 N menuju q1
B. 7,5 N menuju q2
C. 15 N menuju q1
D. 22,5 N menuju q1
E. 22,5 N menuju q2

Pembahasan

Menentukan gaya coulomb pada sebuah muatan hasil interaksi dengan dua muatan lain di kiri dan kanannya. Arah-arah gaya seperti berikut

sehingga

10 Contoh soal Hukum Coulomb

1. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C)

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Rumus hukum Coulomb :

Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan :

2. Muatan listrik P = +10 mikro Coulomb dan muatan listrik Q = +20 mikro Coulomb terpisah seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Besar gaya Coulomb atau gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 125 Newton.

3. Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar! Muatan A = -5 mikro Coulomb, muatan B = +10 mikro Coulomb dan muatan C = -12 mikro Coulomb. Besar dan arah gaya listrik pada muatan B adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar dan arah gaya listrik pada muatan B
Jawab :Gaya listrik pada muatan B adalah resultan gaya listrik antara muatan A dan B dengan gaya listrik antara muatan B dan C.

Gaya listrik antara muatan A dan B :

Muatan A negatif dan muatan B positif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).
Gaya listrik antara muatan B dan C :

Muatan B positif dan muatan C negatif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan C dan menjauhi muatan B (ke kanan).
Resultan gaya listrik pada muatan B :
Arah FAB ke kiri dan arah FBC ke kanan.
FB = FAB – FBC = 675 N – 125 N = 550 Newton.
Arah resultan gaya listrik pada muatan B (FB) = arah gaya listrik FAB, yakni menuju muatan C (ke kanan).

4. Muatan listrik +Q1 = 10 mikro Coulomb, +Q2 = 50 mikro Coulomb dan Q3 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya listrik yang bekerja di muatan Q2 = nol maka muatan Q3 adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 (q1) = +10 μC = +10 x 10-6 Coulomb
Muatan 2 (q2) = +50 μC = +50 x 10-6 Coulomb
Jarak antara muatan 1 dan 2 (r12) = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10-2 m
Jarak antara muatan 2 dan 3 (r23) = 6 cm = 0,06 m = 6 x 10-2 m
Resultan gaya listrik pada muatan 2 (F2) = 0
Ditanya : muatan 3 (q3)
Jawab :Gaya listrik pada muatan 2 adalah resultan gaya listrik antara muatan 1 dan 2 dengan gaya listrik antara muatan 2 dan 3.

Gaya listrik antara muatan 1 dan 2 :

Muatan 1 positif dan muatan 2 positif sehingga arah F12 adalah menuju muatan 3 (ke kanan).
Gaya listrik antara muatan 2 dan 3 :

Muatan 2 positif dan muatan 3 positif sehingga arah F23 adalah menuju muatan 1 (ke kiri).
Resultan gaya listrik pada muatan 2 = 0 :
Arah F12 ke kanan dan arah F23 ke kiri.

5. Pada gambar di samping gaya tolak menolak yang dialami kedua muatan 144 N, maka jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10-6 C dan k = 9.109 N.m2.C-2)

A. 4 cm

B. 5 cm

C. 8 cm

D. 10 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F12) = 144 N

Muatan 1 (q1) = 10 μC = 10 x 10-6 C

Muatan 2 (q2) = 4 μC = 4 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 5 x 10-2 meter = 5 x 10-2 x 102 centimeter = 5 centimeter.

Jawaban yang benar adalah B.

6. Dua buah muatan listrik seperti pada gambar di bawah. Jika besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan sebesar 3,6 N, maka besar jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10-6 C dan k = 9.109 N.m2.C-2)

A. 30,0 cm

B. 27,0 cm

C. 9,0 cm

D. 3,0 cm

E. 0,3 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F12) = 3,6 N

Muatan 1 (q1) = 9 μC = 9 x 10-6 C

Muatan 2 (q2) = 4 μC = 4 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 0,3 meter = 0,3 x 100 centimeter = 30 centimeter.

Jawaban yang benar adalah A.

7. Tiga muatan titik terletak pada titik-titik sudut segitiga, seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb pada titik A adalah… (k = 9.109 N.m2.C-2; 1 μ = 10-6)

A. 10 N

B. 60 N

C. 90 N

D. 90√2 N

E. 100√2 N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan A (qA) = -2 μC = -2 x 10-6 C

Muatan B (qB) = 8 μC = 8 x 10-6 C

Muatan C (qC) = 4,5 μC = 4,5 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

Jarak antara muatan A dan B (rAB) = 4 cm = 4 x 10-2 meter

Jarak antara muatan A dan C (rAC) = 3 cm = 3 x 10-2 meter

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Gaya listrik pada titik A

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Gaya listrik pada titik A :

FAB dan FAC membentuk sudut siku-siku sehingga resultan gaya dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

Jawaban yang benar adalah D.

8. Dua benda bermuatan listrik Q1 dan Q2 berjarak r cm menimbulkan gaya tolak menolak sebesar 10 N. Kemudian muatan Q1 digeser sehingga gaya yang timbul menjadi 40 N. Konstanta k = 9 x 109 N.m2.C-2, maka muatan Q1 harus dipindahkan sebesar…

A. 1/2 r menjauhi Q2

B. 1/2 r mendekati Q2

C. 1 r menjauhi Q2

D. 2 r mendekati Q2

E. 2 r menjauhi Q2

Pembahasan

Diketahui :

Jarak Q1 dan Q2 = r cm

Gaya tolak menolak (F) = 10 N

Jika muatan Q1 digeser, gaya tolak menolak (F) = 40 N

Konstanta (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

Ditanya : muatan Q1 harus dipindahkan sebesar…

Jawab :

Rumus gaya listrik :

F = k Q1 Q2 / r2

Jarak (r) berbanding terbalik dengan gaya (F). Artinya jika gaya semakin besar maka jarak antara muatan semakin kecil. Jadi muatan Q1 harus digeser mendekati muatan Q2.

Jawaban yang benar adalah B.

9. Muatan listrik +q3 = 20 μC, +q2 = 10 μC dan q1 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q2 = nol maka muatan q1 adalah …A. +2 μCB. –2 μCC. +5 μCD. –5 μCE. +8 μC

Pembahasan :

Diketahui :
+q3 = 20 μC
+q2 = 10 μC
Ditanya :
q1 = ?
Jawab :
Pada muatan q2 bekerja gaya F23 dan F21, di mana F23 berarah ke kiri. Agar resultan gaya yang bekerja pada q2 sama dengan nol maka q1 harus positif sehingga gaya F21 berarah ke kanan.

Muatan q1 = +5 μC.
Jawaban yang benar adalah C.

10. Tiga muatan listrik +q1= 5 μC, +q2 = 10 μC dan +q3 = 10 μC segaris. Bila a = 10 cm maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q2 adalah… (k = 9 x 109 Nm2C-2)

A. 7,5 N menuju q1
B. 11,25 N menuju q2
C. 15 N menuju q1
D. 22,5 N menuju q1
E. 78,75 N menuju q1Pembahasan :

Diketahui :

q1= 5 μC, q2 = 10 μC dan q3 = 10 μC
a = 0,1 m

Ditanya :
Besar dan arah resultan gaya Coulomb pada q2 ?
Jawab :
Terdapat dua gaya Coulomb yang bekerja pada q2, yakni F21 dan F23, di mana arah kedua gaya ini berlawanan. q1 positif dan q2 positif sehingga gaya F21 berarah ke kanan (menuju q3). q2 positif dan q3 positif sehingga gaya F23 berarah ke kiri (menuju q1).

Besar resultan gaya listrik = 90 N – 11,25 N = 78,75 N.
Arah resultan gaya sama dengan arah gaya F23, menuju q1.
Jawaban yang benar adalah E.