Soal & Pembahasan
Soal & Pembahasan
Soal No. 1Soal No. 1
Dua buah partikel bermuatan berjarak R
Dua buah partikel bermuatan berjarak R satu sama lain dan satu sama lain dan terjadi gaya tarik-menarik sebesarterjadi gaya tarik-menarik sebesar F. Jika jarak
F. Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarik-antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarik-menarik yang terjadi antara kedua
menarik yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya!partikel terhadap kondisi awalnya!
Pembahasan Pembahasan sehingga sehingga Soal No. 2 Soal No. 2
Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar
berikut! berikut! Jika Q
Jika Q AA = + 1 μC, Q = + 1 μC, Q BB = − 2 μC ,Q = − 2 μC ,Q CC = + 4 μC dan k = 9 x 10= + 4 μC dan k = 9 x 1099 N m N m22 C C− 2− 2 tentukan tentukan besar besar dan dan araharah
gaya Coulomb pada muatan B ! gaya Coulomb pada muatan B !
Pembahasan Pembahasan
Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja F
FBABA yang berarah ke kiri dan yang berarah ke kiri dan hasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja Fhasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja FBCBCyang berarahyang berarah
ke kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut: ke kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut:
Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka
Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukupuntuk mencari resultan gaya cukup dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama
dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama FFtotaltotal:: F
F totaltotal = F = FBCBC - F - FBABA F
F total total = = 72 X 72 X 1010 - 3- 3 - 18 x 10 - 18 x 10 -3 -3 = 54 x 10 = 54 x 10 -3 -3 N N
Arah sesuai dengan F
Arah sesuai dengan FBCBC yaitu ke kanan. yaitu ke kanan. Soal No. 3
Soal No. 3
Dua buah mua
Jika Q 1 = + 1 μC, Q 2 = − 2 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah kuat medan
listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q 1 ! Pembahasan
Rumus dasar yang dipakai untuk soal ini adalah
dimana E adalah kuat medan listrik yang dihasilkan suatu muatan, dan r adalah jarak titik dari muatan sumber. Harap diingat lagi untuk menentukan arah E : "keluar dari muatan positif" dan "masuk ke muatan negatif"
Perhatikan ilustrasi pada gambar!
Langkah berikutnya adalah menghitung masing-masing besar kuat medan magnet E1 dan
E2 kemudian mencari resultannya jangan lupa ubah satuan centimeter menjadi meter. Supaya
lebih mudah hitung secara terpisah satu persatu saja,..
Arah ke arah kanan.
Soal No. 4
Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B dan C yang membentuk suatu segitiga dengan sudut siku-siku di A.
Jika gaya tarik-menarik antara muatan A dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara muatan A dan C masing-masing sebesar 5 F, tentukan resultan gaya pada muatan A !
Pembahasan
Karena kedua gaya membentuk sudut 90°cari dengan rumus vektor biasa :
Soal No. 5
Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti gambar berikut. Jarak antar ketiga muatan masing-masing adalah 10 cm.
Jika Q 1 = + 1 C, Q 2= Q 3= − 2 C dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar resultan gaya Coulomb
pada muatan Q 1! Pembahasan
Tipe soal mirip soal nomor 4, dengan sudut 60° dan nilai masing-masing gaya harus dicari terlebih dahulu.
Angka 18 x 1011 N namakan saja X untuk mempermudah perhitungan selanjutnya.
Soal No. 6
Dua buah muatan masing - masing Q 1 = 1 μC dan Q 2 = 4 μC terpisah sejauh 10 cm.
Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !(Tipikal Soal UN)
Pembahasan
Letak titik belum diketahui sehingga ada tiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q 1, di sebelah
kanan Q 2 atau diantara Q 1 dan Q 2. Untuk memilih posisinya secara benar perhatikan ilustrasi
berikut ini dan ingat kembali bahwa kuat medan listrik "keluar untuk muatan positif" dan "masuk untuk muatan negatif". Namakan saja titik yang akan dicari sebagai titik P.
Ada 2 tempat dimana E1 dan E2 saling berlawanan, ambil saja titik yang lebih dekat dengan
muatan yang nilai mutlaknya lebih kecil yaitu disebelah kiri Q 1 dan namakan jaraknya
Soal No. 7
Sebuah muatan listrik negatif sebesar Q yang berada pada suatu medan listrik E yang berarah ke selatan. Tentukan besar dan arah gaya listrik pada muatan tersebut!
Pembahasan
Hubungan antara kuat medan listrik E dan gaya listrik F yang terjadi pada suatu muatan q adalah
F = QE
dengan perjanjian tanda sebagai berikut:
Untuk muatan positif, F searah dengan arah E
Untuk muatan negatif, F berlawanan arah dengan arah E
Pada soal diatas E berarah ke selatan sehingga arah F adalah ke utara, karena muatannya adalah negatif.
Soal No. 8
Perhatikan gambar tiga buah muatan yang berada di sekitar titik P
berikut!
Jika k = 9 x 109 N m2 C− 2 , Q
1 = + 10−12 C, Q 2 = + 2 x 10−12 C dan Q 3 = - 10−12 C, tentukan
besar potensial listrik pada titik P !
Pembahasan
Soal No. 9
8 buah muatan listrik 4 diantaranya sebesar + 5 C dan 4 lainnya adalah − 5 C tersusun hingga membentuk suatu kubus yang memiliki sisi sepanjang r.
Tentukan besar potensial listrik di titik P yang merupakan titik berat kubus !
Pembahasan
Kenapa nol? Jarak masing-masing muatan ke titik P adalah sama dan besar muatan juga sama, separuh positif dan separuh lagi negatif sehingga jika dimasukkan angkanya hasilnya adalah nol.
Soal No. 10
Dua buah partikel dengan besar muatan yang sama digantung dengan seutas tali sehingga tersusun seperti gambar berikut!
Jika tan θ = 0,75 dan besar tegangan pada masing-masing tali adalah 0,01 N, tentukan besar gaya tolak - menolak antara kedua partikel!
Pembahasan
Perhatikan uraian gaya pada Q 2 berikut !
Karena nilai gaya tali sudah diketahui, maka dengan prinsip keseimbangan biasa didapat:
FC = T sin Θ
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton Soal No. 11
Sebuah partikel yang bermuatan negatif sebesar 5 Coulomb diletakkan diantara dua buah keping yang memiliki muatan berlawanan.
Jika muatan tersebut mengalami gaya sebesar 0,4 N ke arah keping B, tentukan besar kuat medan listrik dan jenis muatan pada keping A !
Pembahasan F = QE
E = F / Q = 0,4 / 5 = 0,08 N/C
Untuk muatan negatif arah E berlawanan dengan F sehingga E berarah ke kiri dan dengan demikian keping B positif, keping A negatif.
Soal No. 12
Sebuah bola berongga memiliki muatan sebesar Q Coulomb dan berjari-jari 10
cm.
Jika besar potensial listrik pada titik P adalah (kQ / x ) volt, tentukan nilai x !
Pembahasan
Untuk mencari potensial suatu titik yang berada di luar bola, V = (kq)/r dimana r adalah jarak titik tersebut ke pusat bola atau x = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.
Soal No. 13
Tentukan besarnya usaha untuk memindahkan muatan sebesar positif sebesar 10 μC dari beda potensial 230 kilovolt ke 330 kilovolt !
Pembahasan W = q ΔV
W = 10μC x 100 kvolt = 1 joule Soal No. 14
Perhatikan gambar berikut ! E adalah kuat medan listrik pada suatu titik yang ditimbulkan oleh bola berongga yang bermuatan listrik + q.
Tentukan besar kuat medan listrik di titik P, Q dan R jika jari-jari bola adalah x dan titik R berada sejauh h dari permukaan bola!
Pembahasan
Titik P di dalam bola sehingga EP = 0
Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2 Titik R di luar bola sehingga ER = (kq)/(x + h)2
Soal No. 15
Sebuah partikel bermassa m dan bermuatan negatif diam melayang diantara dua keping sejajar yang berlawanan muatan.
Jika g adalah percepatan gravitasi bumi dan Q adalah muatan partikel tentukan nilai kuat medan listrik E antara kedua keping dan jenis muatan pada keping Q !
Pembahasan
Jika ditinjau gaya-gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gravitasi/ gaya berat yang arahnya ke bawah. Karena partikel melayang yang berarti terjadi keseimbangan gaya-gaya, maka pastilah arah gaya listriknya ke atas untuk mengimbangi gaya berat. Muatan negatif berarti arah medan listrik E berlawanan dengan arah gaya listrik F sehingga arah E adalah ke bawah dan keping P adalah positif (E "keluar dari positif, masuk ke negatif"), keping Q negatif. Untuk mencari besar E :
F listrik = W qE = mg E = (mg)/q Soal No. 16
Sebuah elektron dengan massa 9,11 × 10−31 kg dan muatan listrik − 1,6 × 10−19 C, lepas dari
katode menuju ke anode yang jaraknya 2 cm. Jika kecepatan awal elektron 0 dan beda potensial antara anode dan katode 200 V, maka elektron akan sampai di anode dengan kecepatan.... A. 2,3 × 105 m/s B. 8,4 × 106 m/s C. 2,3 × 107 m/s D. 3 × 107 m/s E. 2,4 × 108 m/s (UMPTN 1994)
Pembahasan
Data dari soal: me = 9,11 × 10−31 kg
Q e = − 1,6 × 10−19 C
ν1= 0 m/s
ΔV = 200 volt ν2 = ... !?
Dengan hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik elektron saat di anode sama dengan energi mekanik saat di katode:
Asal mula rumusnya dari sini,
Soal ini dalam mode non kalkulator, tak boleh pake kalkulator dalam mengerjakan, alternatif berhitungnya seperti ini:
Kapasitor
Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor Materi Fisika Kelas 3 SMA (XII). Mencakup kapasitas kapasitor keping sejajar, kapasitor bola berongga, hubungan antara muatan, tegangan, kapasitas kapasitor, susunan seri kapasitor juga energi yang tersimpan dalam kapasitor.
Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut ! 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar.
Jika saklar S ditutup tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung- ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)
Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan Cxy :
Sekarang rangkaian menjadi lebih sederhana yaitu terdiri dari Cxy yang diseri dengan Cz yang
menghasilkan kapasitas pengganti namakan Ctot :
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Q tot
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Q z
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z namakan Vz
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X
g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X saja (bukan gabungan antara X dan Y, sehingga hasilnya tidak akan sama dengan Ctot)
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu
Sehingga
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Soal No. 2
Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut!
Jika saklar S ditutup, tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Silahkan mencoba,..!! Soal No. 3
Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50 cm2 tanpa
bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua keping diberi beda potensial 120 volt. Jika εo adalah 8,85 x 10− 12 C2 N − 1 − 2 tentukan :
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor c) kuat medan listrik antara kedua keping
Pembahasan
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
Soal No. 4
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas sebesar C. Jika kapasitor disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik sebesar 2, tentukan kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Luas penampang dan jarak keping kapasitor tidak mengalami perubahan:
Soal No. 5
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 μF. Jika luas penampang keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula, tentukan nilai kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Soal No. 6
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109 dalam satuan
internasional, tentukan kapasitas kapasitor!
Pembahasan
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :
Soal No. 7
Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah....
A. 40 V B. 60 V C. 110 V D. 120 V E. 220 V (Soal SKALU 1978)
Pembahasan
Menentukan tegangan kapasitor pada susunan seri.
Cara Pertama
Cari kapasitas gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu:
1/C gab = 1/C1 +1/C2 + 1/C3 1/C gab = 1/3 + 1/6 + 1/9 1/C gab = 6/18 + 3/18 + 2/18 1/C gab = 11 / 18 Cgab =18/11 Farad
Cari muatan gabungan: Q gab = Cgab Vgab
Q gab = (18/11) × 220 = 360 Coulomb
Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q 1 = Q 2 = Q 3 = Q gab,
sehingga nilai Q 1 = 360 Coulomb
Tegangan pada C1
V1 = Q 1 / C1
V1 = 360/ 3 = 120 volt Cara Kedua
Dengan perbandingan untuk pembagian tegangan pada susunan kapasitor seri:
1 1 1 V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ C1 C2 C3 1 1 1 V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ 3 6 9
Perbandingan yang didapat dalam pecahan yaitu 1/3, 1/6 dan 1/9, untuk perhitungan lebih mudah dalam angka non pecahan, untuk itu kalikan masing-masing dengan sebuah angka yang sama, disini dikali angka 18 sehingga didapat perbandingan ekivalennya:
V1 : V2 : V3 = 6 : 3 : 2 Untuk V1, 6 V1 = ________________ × Vgab (6 + 3 + 2) 6 V1 = ________ × 220 = 120 volt 11
Tegangan pada kapasitor 3 F adalah 120 V Jika ingin V2maka:
3
(6 + 3 + 2) 3
V2 = ________ × 220 = 60 volt 11
Dengan cara yang sama bisa dicari V3.
