SMART SOLUTION UN FISIKA SMA 2013 (SKL 5 Indikator 5.1 Hukum Coulomb dan Medan Listrik)

(1)

Smart Solution

UJIAN NASIONAL

TAHUN PELAJARAN 2012/2013

Disusun Per Indikator Kisi-Kisi UN 2013

Fisika SMA

Disusun Oleh :

(2)

Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 145

SKL 5. Memahami konsep dan prinsip kelistrikan dan kemagnetan dan penerapannya dalam berbagai penyelesaian masalah.

5.1. Menentukan besaran-besaran fisis yang mempengaruhi medan listrik dan hukum Coulomb.

Hukum Coulomb

Medan Listrik

= �

₂

= �

₂

Bila muatan berbeda mengalami gaya tarik-menarik. Muatan positif arah kuat medan keluar dari muatan tsb

Bila muatan sejenis mengalami gaya tolak-menolak. Muatan negatif arah kuat medan masuk menuju muatan tsb

��!!! Gaya Coulomb dan Medan Listrik adalah besaran vektor.

Sejajar Dijumlah atau dikurang Lebih dari dua vektor Tegak lurus Aturan Pythagoras

Tidak Sejajar Tidak Tegak Lurus Aturan Cosinus Menguraikan vektor

+

−

+

(3)

TRIK SUPERKILAT:

Menentukan letak muatan ketiga yang Gaya Coulombnya atau Medan Listriknya sama dengan nol.

Misalkan muatan dan memiliki jenis yang sama. (Muatan ketiga letaknya di antara dua muatan)

Lalu letakkan muatan ketiga ( ) diantara dan . (jenis muatan terserah)

Gambarkan semua gaya Coulomb yang bekerja pada muatan .

Ingat! Muatan sejenis tarik-menarik, muatan berbeda tolak-menolak.

Resultan gaya Coulomb pada muatan adalah:

Σ = − ⇒ =

Sehingga substitusikan ,

� = + √

Misalkan kita hendak mencari jarak muatan ketiga ( ) dari muatan pertama ( ) yakni sejauh .

Akarkan semua muatan. Abaikan satuan �C, ambil angka pentingnya saja. ( tidak berpengaruh)

+

(4)

Menentukan letak muatan ketiga yang Gaya Coulombnya atau Medan Listriknya sama dengan nol.

Misalkan muatan dan berbeda jenis. (Muatan ketiga dekat dengan muatan yang paling kecil)

Dengan cara yang sama, kita dapatkan kesimpulan:

= | √

√ − √ | �

LOGIKA PRAKTIS

Contoh Soal:

Misalkan kita hendak mencari jarak muatan ketiga ( ) dari muatan pertama ( ) yakni sejauh .

Akarkan semua muatan. Abaikan satuan �C, ambil angka pentingnya saja. ( tidak berpengaruh)

Catatan:

Bila besar muatan tidak bisa langsung diakar. Sederhanakan dulu angka pada muatan, lalu akarkan.

Sekarang mari kita berlatih menentukan letak muatan ketiga yang gaya Coulombnya nol dari soal berikut!

1.

Letak muatan ketiga di sebelah kiri muatan yang angkanya paling kecil yakni .

Jarak muatan ketiga dari adalah = √

√ −√ × = × = cm. di sebelah kiri

2.

Letak muatan ketiga di antara kedua muatan.

Jarak muatan ketiga dari adalah = √

√ +√ × = × = cm. di sebelah kanan

Dst… dst… dst…

= | √

√ − √ | �

TRIK SUPERKILAT

= − × = cm

Jadi jarak muatan terletak 4 cm di sebelah kiri dari muatan .

+

= �C

� = cm

−

= �C

−

= �C √

√� √

−

= − �C

+

= + �C

� = cm

+

= + �C

+ = + �C

(5)

CONTOH SOAL Menentukan besar gaya Coulomb dari dua muatan.

1. Muatan A bernilai �C berada sejauh 0,5 m dari muatan B yang mempunyai nilai 2 �C. Gaya

kedua muatan terpisah sejauh 2 cm, besar gaya elektrostatis dan sifatnya adalah .... (� = × N m2_C-2₎

A. 450 N, tarik-menarik B. 450 N, tolak-menolak C. 540 N, tarik-menarik D. 540 N, tolak-menolak E. 600 N, tarik-menarik

Menentukan resultan gaya Coulomb lebih dari dua muatan.

3. Dua buah muatan listrik = �C dan = − �C berjarak 6,0 cm satu sama lain. Bila muatan

4. Perhatikan gambar di bawah.

Ketiga muatan listrik , dan adalah segaris. Bila = �C dan � = cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan adalah ....

(� = × N m2_C-2₎

5. Perhatikan gambar di bawah!

Jika AB = BC = 3 cm dan = × − C, gaya yang bekerja pada titik B sebesar ....

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja

= � = × × = = , Pasti jawabannya B

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja

= � = × × =

Karena m�atan berbeda, maka terjadi gaya tarik. Pasti jawabannya C

Karena semua bilangan pada jawaban berbeda, maka gunakan angka penting saja.

Σ = + = � + � = � + sederhanakan karena = = = cm

= × × + = Pasti jawabannya E

+ + −

A 3 cm 3 cm B

Σ = − = � − � ingat �ektor arah ke kanan dianggap positif

= � = × × =

= � = × × = _}Σ = √ + = √ + = √ Pasti jawaban A

(6)

Menentukan besar kuat medan listrik oleh sebuah muatan.

6. Kuat medan di sebuah titik yang terletak 20 cm dari muatan 20 �C sebesar ....

A. , × N/C

B. , × N/C

C. , × N/C

D. , × N/C

E. , × N/C

Menentukan resultan kuat medan listrik dua atau lebih muatan.

7. Dua partikel masing-masing bermuatan = �C dan = �C diletakkan terpisah sejauh 4

cm (� = × N m2_C-2_{). Besar kuat medan listrik di tengah-tengah} _dan _{adalah ....}

8. Perhatikan gambar di bawah!

Diketahui = = �C dan konstanta � = × Nm2_/C2_{, maka nilai dan arah kuat medan}

listrik di titik P adalah ....

A. × N/C menjauhi

B. × N/C menuju

C. × N/C menjauhi

D. × N/C menuju

E. × N/C menjauhi

9. Perhatikan gambar berikut ini!

Besar kuat medan listrik di titik A adalah .... (� = × N m2_C-2_).

10.Perhatikan gambar di bawah!

Jika AB = 3 cm, BC = 4 cm, = − nC, dan = nC, nilai kuat medan listrik di titik C

= � = × = × = , Pasti jawaban D

Σ = − = � − � = � + sederhanakan karena = = = cm

Σ = + = � − �

Menurut aturan Pythagoras panjang �� = √ + = cm

Maka cosinus sudut yang dibentuk oleh dan adalah −

= � = × = ,

(7)

Menentukan letak muatan ketiga yang gaya Coulomb atau kuat medan listriknya sama dengan nol.

11.Dua partikel A dan B bermuatan listrik + �C dan − �C terletak di udara seperti gambar berikut.

Di sekitar muatan tersebut terdapat titik-titik P, Q, R, S dan T. Titik yang mempunyai kemungkinan kuat medannya nol adalah ....

A. T B. S C. R D. Q E. P

12.Perhatikan gambar di samping. Jika muatan – terletak antara A dan B, dimanakah muatan – harus diletakkan sehingga gaya coulomb yang dialaminya nol?

A. 3 cm dari muatan B B. 4 cm dari muatan B C. 5 cm dari muatan B D. 3 cm dari muatan A E. 6 cm dari muatan A

13.Perhatikan gambar di samping! Kuat medan bernilai nol terletak di .... A. 4 cm di sebelah kiri P yang kuat medan listriknya nol adalah ....

A. 2 cm dari muatan

15.Tiga muatan listrik disusun seperti gambar di samping. Agar muatan uji P bebas dari pengaruh gaya elektrostatik muatan dan , maka nilai � adalah ....

Menentukan muatan lain yang menyebabkan gaya Coulomb atau kuat medan listrik muatan ketiga sama dengan nol.

16.Muatan listrik + = �C, + = �C dan terpisah seperti pada gambar di udara.

Karena dua muatan berbeda jenis, maka titik yang kuat medannya nol terletak di luar kedua muatan dan berada di dekat muatan yang terkecil. Sehingga pasti titik tersebut adalah P.

TRIK SUPERKILAT:

Kedua muatan berjenis sama, maka muatan ketiga terletak di tengah-tengah kedua muatan.

= √

√ + √ × � =

√

√ + √ × = × = cm dari A cm dari B

TRIK SUPERKILAT:

Kedua muatan berjenis sama, maka muatan ketiga terletak di tengah-tengah.

= √

√ + √ × � =

√

√ + √ × = × = cm kanan dari cm kiri dari

TRIK SUPERKILAT:

Kedua muatan berjenis sama, maka muatan ketiga terletak di tengah-tengah.

= √

√ + √ × � =

√

√ + √ × = × = cm dari cm dari

TRIK SUPERKILAT:

Kedua muatan berlainan jenis, maka muatan ketiga terletak di luar kedua muatan tetapi di dekat muatan terkecil.

Sederhanakan dulu muatan, biar bisa di akar  Berarti = dan = .

Jika muatan ketiga terletak yang kuat medan listriknya nol di tengah-tengah,

maka artinya kedua muatan sama jenisnya. Sehingga muatan pasti positif.

Pada kuat medan yang konstan, muatan berbanding lurus dengan kuadrat jarak.

Karena muatan berjarak separuh dari , artinya muatan adalah

(8)

Membandingkan besar gaya Coulomb pada dua kondisi berbeda.

17.Tiga buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.

Resultan gaya yang bekerja pada muatan + adalah . Jika muatan − digeser menjauhi muatan + sejauh �, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan + menjadi . Nilai

18.Dua buah muatan listrik yang nilainya sama diletakkan pada jarak 1 meter, sehingga terjadi gaya coulomb sebesar Newton. Ketika jarak keduanya diubah menjadi dua kali semula, gaya coulomb yang dialami menjadi . Perbandingan ∶ adalah ....

A. 1 : 2 B. 2 : 1 C. 1 : 4 D. 4 : 1 E. 3 : 2

19.Muatan , , dan diletakkan segaris seperti gambar di bawah ini. (� = konstanta dielektrik medium)

Jika muatan digeser dari titik C ke D, perbandingan besar gaya Coulomb pada muatan sebelum dan sesudah digeser adalah ....

A. 9 : 1 B. 9 : 4 C. 4 : 1 D. 2 : 1 E. 1 : 2

20.Sistem dengan 3 muatan bebas yang sama besar diletakkan dalam satu garis sehingga seimbang seperti gambar berikut.

Jika digeser � mendekati , perbandingan besar gaya Coulomb : menjadi ....

Karena muatan berbeda jenis maka resultan gaya pada muatan + adalah jumlah dari gaya yang diakibatkan oleh masing-masing muatan. Sehingga gaya oleh masing-masing muatan adalah . Jika muatan − digeser sejauh � (artinya jaraknya menjadi 2 kali dari sebelumnya), maka besarnya gaya menjadi kali lebih kecil, yakni menjadi .

∶ = ∶ ( + ) ⇒ ∶ = ∶

TRIK SUPERKILAT:

Ingat! Besar gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Jika

jaraknya menjadi dua kali semula, maka besar gaya malah menjadi lebih kecil empat kali semula. Jadi perbandingannya adalah:

= ⇒ ∶ = ∶

Jadi perbandingannya adalah:

(9)

Menentukan besar gaya Coulomb pada dua kondisi berbeda.

21.Dua muatan listrik yang terpisahkan sejauh 10 cm mengalami gaya tarik-menarik ( ) sebesar 10 N. Gaya tarik antara kedua muatan jika terpisah sejauh 5 cm sebesar ....

A. 10 N B. 20 N C. 30 N D. 40 N E. 50 N

22.Dua buah muatan listrik identik tetapi bermuatan tidak sama diletakkan terpisah seperti gambar. adalah gaya elektrostatis pada kedua muatan.

Jika jarak kedua muatan dijadikan , maka gaya elektrostatis yang bekerja pada tiap muatan adalah ....

23.Dua muatan listrik yang besarnya sama, namun berlainan tanda terpisah pada jarak sehingga timbul gaya elektrostatis sebesar seperti gambar di bawah ini!

Jika jarak kedua muatan dijadikan , maka gaya elektrostatis yang bekerja pada tiap muatan adalah .... diletakkan terpisah 0,5 meter sehingga timbul gaya coulomb Newton. Jika jarak A dan B diubah menjadi 1,5 meter, maka gaya coulomb yang timbul adalah ....

A.

25.Dua muatan berjarak 2 meter berada di udara. Apabila jarak kedua muatan dijadikan 6 kali semula, maka besar gaya coulomb menjadi ....

A. kali semula

Ingat!! Gaya coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

Jika jaraknya diperkecil 2 kali (dari 10 cm menjadi 5 cm), maka besarnya gaya Coulomb menjadi lebih besar 4 kali sebelumnya.

Jadi gaya Coulomb sekarang adalah 40 N.

TRIK SUPERKILAT:

Jika jaraknya diperkecil 2 kali , maka besarnya gaya Coulomb menjadi lebih besar 4 kali sebelumnya.

Jadi gaya Coulomb sekarang adalah .

TRIK SUPERKILAT:

Jika jaraknya diperbesar 3 kali , maka besarnya gaya Coulomb menjadi lebih kecil 9 kali sebelumnya.

TRIK SUPERKILAT:

Jika jaraknya diperbesar 3 kali (dari 0,5 m menjadi 1,5 m), maka besarnya gaya Coulomb menjadi lebih kecil 9 kali sebelumnya.

TRIK SUPERKILAT:

Jika jaraknya diperbesar 6 kali , maka besarnya gaya Coulomb menjadi lebih kecil 9 kali sebelumnya.

(10)

Membandingkan besar kuat medan listrik pada dua kondisi berbeda.

26.Dua muatan sejenis dan terpisah sejauh . Jika digeser mendekati sejauh , perbandingan kuat medan yang dialami pada keadaan awal dan akhir adalah .... A. 4 : 1

B. 2 : 1 C. 1 : 4 D. 1 : 2 E. 1 : 1

27.Dua buah muatan sejenis dijauhkan sebesar 2 kali jarak semula. Perbandingan kuat medan pada keadaan awal dengan akhir adalah ....

A. 1 : 4 B. 1 : 3 C. 2 : 3 D. 4 : 1 E. 5 : 4

Menentukan besar kuat medan listrik pada dua kondisi berbeda.

28.Pada gambar berikut, AB = 2AC; AC = 2CD

Jika kuat medan listrik di C sebesar E, maka kuat medan listrik di titik D sebesar ....

A. E

B. E

C. E

D. E

E. E

29.Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh �. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 N/C. Jika titik A tersebut digeser

� mendekati salah satu muatan maka besar kuat medan listrik titik A setelah digeser menjadi ....

30.Soal masih diketik... Tunggu updatenya di http://pak-anang.blogspot.com. Contoh soal lainnya menyusul ya... Pembahasan soal di SKL ini akan segera diupdate... Kunjungi terus posting tentang SMART SOLUTION pada SKL ini di blog Pak Anang di http://pak-anang.blogspot.com. Terima kasih.

TRIK SUPERKILAT:

Misal adalah � maka besarnya = �(karena = )

Jadi perbandingannya adalah:

∶ = � ∶ � ⇒ ∶ = ∶

TRIK SUPERKILAT:

Ingat! Besar kuat medan listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Jika jaraknya menjadi dua kali semula, maka besar kuat medan listrik malah menjadi lebih kecil empat kali semula. Jadi

perbandingannya adalah:

= ⇒ ∶ = ∶

TRIK SUPERKILAT:

Resultan kuat medan di titik C adalah Σ = + = ⇒ = =

Ingat, kuat medan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

Muatan A diperbesar kali jaraknya  ′= =

muatan kedua diperkecil kali.

Muatan 1 diperbesar kali jaraknya  ′= = =

Muatan 2 diperkecil dua kali jaraknya  ′= = =

(11)

PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA SMA 2012

1. Tiga buah muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini.

Gaya Coulomb yang dialami muatan B sebesar .... (k = 9 109 Nm2 . C−2, 1 μC = 10−6 C)

A. 09 101_{N ke muatan C}

B. 09 101 N ke muatan A

C. 18 101 N ke muatan C

D. 18 101_{N ke muatan A}

E. 36 101 N ke muatan C

2. Perhatikan gambar dua muatan titik berikut!

Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol?

(k = 9 109 Nm2 . C−2, 1 μC = 10−6 C)

A. tepat di tengah Q1 dan Q2

B. 6 cm di kanan Q2

C. 6 cm di kiri Q1

D. 2 cm di kanan Q2

E. 2 cm di kiri Q1

Jika adik-adik b�t�h ’bocoran’ butir soal Ujian Nasional tahun 2013, maka adik-adik bisa download di

http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/prediksi-soal-un-fisika-sma-2013.html. Semua soal tersebut

disusun sesuai kisi-kisi SKL UN tahun 2013 yang dikeluarkan secara resmi oleh BSNP tanggal 20November 2012 yang lalu.

Kisi-kisi SKL UN SMA tahun 2013 untuk versi lengkap semua mata pelajaran bisa adik-adik lihat di

http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/kisi-kisi-skl-un-2013.html.

Terimakasih,

Pak Anang.

TRIK SUPERKILAT:

Σ = −

= � − � ingat �ektor arah ke kanan dianggap positif

= ( × × ) − ( × × )

= − = − Arah negatif, artinya ke kiri ke m�atan A

Pasti jawabannya B

TRIK SUPERKILAT:

Karena muatan berbeda maka letak muatan yang = adalah dekat dengan muatan terkecil (

Kita coba sebagai acuan:

= | √

√ − √ | � = |

√