Gaya Coulomb : Pengertian, Rumus, serta Soal dan Pembahasan

ABUALFATIH.COM. Hai Kawan! Kalian adalah pelajara SMA tingkat akhir yang sedang kesulitan mempelajari gaya Coulomb? atau sekedar mencari pengertian dan rumus dari gaya Coulomb?

Mungkin inilah alasan kalian mencari artikel ini.

Sebelum melangkah lebih jauh abualfatih.com akan mengingatkan kembali tentang gaya antar dua buah benda.

Berdasarkan penemuan Newton bahwa dua buah benda yang memiliki massa akan saling tarik menarik dengan gaya yang berbanding lurus dengan perkalian dua massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda tersebut.

Fonemena ini disebut denga hukum grafitasi Newton.

Gaya Coulomb

Benda-benda di alam semesta ini tunduk terhadap gaya yang dikemukakan oleh Newton tersebut. Jika tidak ada gaya tersebut, maka alam semesta ini tidak akan stabil. Benda-benda di alam semesta agan bergerak tidak terkontrol sehingga dapat menyebabkan saling bertumbukan.

Nagh. Bagaimana gaya pada skala partikel?

Kawan abualfatih.com tentu telah mengetahui bersama tentang Coulomb adalah orang pertama yang menjawab pertanyaan tersebut.

Materi tersusun atas molekul, atom, atau partikrl atomik. Partikel ada yang bermuatan listrik. Coulomb berhipotesis, partikel bemuatan saling saling menghasilkan gaya yang menyerupai gaya pada benda bermassa. Dengan demikian persamaan gaya untuk partikel bermuatan listrik sama dengan persamaan gaya untuk benda bermassa.

Walaupun persamaannya sama, namun ada perbedaan antar gaya pada partikel bermuatan dengan gaya benda bermassa. Perbedaan tersebut adalah pada gaya grafitasi hanya ada satu jenis massa, yaitu massa positif. Sedangka pada partikel bermuatan ada yang positif dan negatif. Sehingga terdapat gaya tarik menarik dan tolak menolak.

Coulomb berhipotesis bahwa bentuk persamaan gaya antar muatan listrik serupa dengan persamaan grafitasi Newton hanya dengan menukar besaran massa dengan besaran muatan listrik sereta konstanta kesebandingan.

Untuk menguji hopotesis tersebut, Coulomb melakukan eksperimen menggunakan neraca torsi. Neraca torsi adalah neraca yang dapat mengukur gaya yang sangat kecil. Neraca ini dirancang sendiri oleh Coulom pada tahun 1777.

Eksperimen tersebut mendukung hipotesis yang diusulkan.

Rumus Gaya Coulomb

Menghitung gaya Coulomb cukup mudah, asalkan hanya menghitung besar gaya tanpa perlu mengetahui arahnya. Informasi yang kita butuhkan cukup besar muatan dan jarak antar muatan.

Besarnya gaya tarik atau gaya tolaknya adalah:

Muatan yang berlawanan akan menghasilkan gaya tarik menarik dan muatan yang sama akan menghasilkan gaya tolak menolak

Resultan Gaya Coulomb

Gaya Coulomb adalah besaran vektor, maka memiliki besar dan arah.

Muatan Segaris

Jika partikel bermuatan berada pada satu garis lurus, maka resultan gaya yang Coulomb yang bekerja adalah:

F_{total} = F_{1}+F_{2}+F_{3}+...+F_{n}

Muatan Tegak Lurus

Jika semua partikel bermuatan membentuk sudut siku-siku terhadp salah satu partikel bermbuatan, maka resultan gaya Coulomb-nya

F_{total} = \sqrt{F_{12}^{2}+F_{13}^{2}}

Muatan Membentuk Sudut

Jika semua partikel bermuatan membentuk sudut bukan siku-siku, maka resultan gaya Coulomb-nya

F_{total} = \sqrt{F_{12}^{2}+F_{13}^{2}+2F_{12}F_{13}cos \theta}

Gaya Coulomb adalah gaya yang paling dominan di alam semesta yang secara langsung menentukan bentuk dan wujud benda. Gaya antar elektron dan proton membentuk atom merupakan gaya Coulomb. Gaya antar atom membentuk molekul adalah gaya Coulomb. Gaya antar molekul membentuk material besar, atau gaya antar atom-atom membentuk kristal-kristal besar juga gaya Coulomb.

Bentuk tubuh kita, bentuk tumbuh-tumbuhan dan hewan seperti yang tampak saat ini juga dipengaruhi oleh gaya Coulomb antar atom atau molekul penyusunnya.

Gaya Coulomb menyebabkan elektron-elektron mengalir dalam konduktor
sehingga muncul arus atau listrik. Kemampuan kita mengontrol arus atau tegangan listrik memungkinkan kita menciptakan teknologi.

Soal dan Pembahasan

Soal 1

Tiga muatan q₁ dan q₃ terletak pada satu garis lurus yang berjarak 4 meter. Muatan q₁ = +1×10^-6 C dan q₃ = +4×10^-6 C. Jika muatan q₂ terletak di antara q₁ dan q₃ yang berjarak 2 meter dari q₁ dan bermuatan -2×10^-6 C. Tentukan Besar dan arah gaya Coulomb yang dialami q₂!

Pembahasan

Diketahui

q₁ = +1×10^-6 C

q₂ = -2×10^-6 C

q₃ = +4×10^-6 C

r₁₂ = 2 m

r₃₂ = 4 m – 2 m = 2 m

Ditanya:

F = ….?

Jawab:

Karena Muatan terletak pada satu garis lurus maka Gaya total, dengan ketentuan muatan yang berbeda saling tarik menarik adalah

F_{total} = F_{12}-F_{32}

Dimana

F_{12} = k \frac{q_{1}q_{2}}{r_{12}^{2}} F_{12} = 9x10^{9}\frac{2x10^{-6}1x10^{-6}}{2^{2}} F_{12} = 9x10^{9}\frac{2x10^{-12}}{4} F_{12} = 9x10^{9} 0,5x10^{-12} F_{12} = 4,5x10^{-3} C

dan

F_{23} = k \frac{q_{2}q_{3}}{r_{23}^{2}} F_{23} = 9x10^{9}\frac{2x10^{-6}4x10^{-6}}{2^{2}} F_{23} = 9x10^{9}\frac{8x10^{-12}}{4} F_{23} = 9x10^{9} 2x10^{-12} F_{23} = 18x10^{-3} C

maka

F_{total} = 4,5x10^{-3}-18x10^{-3} F_{total} = -13,4x10^{-3} C

Karena muatan q₃ lebih besar daripada q₁ maka arah gaya ke q₃ sebesar F_{total} = -13,4x10^{-3} C

Demikianlah pembahsan tentang gaya Coulomb mencakup pengertian, rumus dan soal beserta pembahasannya. Semoga bermanfaat.