SOAL DAN PEMBAHASAN LISTRIK
STATIS
BerikutiniditampilkanbeberapasoaldanpembahasanmateriListrikStatis yang dibahas di kelas XII SMA.
1) Duabuahpartikelbermuatanberjarak R satusama lain danterjadigayatarik-menariksebesar F. Jikajarakantarakeduamuatandijadikan 4 R, tentukannilaiperbandinganbesargayatarik-menarik yang terjadiantarakeduapartikelterhadapkondisiawalnya!
Pembahasan
sehingga
2) Tigabuahmuatan A, B dan C tersusunsepertigambarberikut!
Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μCdan k = 9 x 109 N m2 C− 2
tentukanbesardanarahgaya Coulomb padamuatan B ! Pembahasan
Padamuatan B bekerja 2 buahgaya, yaituhasilinteraksiantaramuatan A dan B sebutsaja FBA
yang berarahkekiridanhasilinteraksiantaramuatan B dan C sebutsaja FBC yang berarahkekanan.
Karenakeduagayasegarisnamunberlawananarahmakauntukmencariresultangayacukupdenganm engurangkankeduagaya, misalkanresultannyakasihnama Ftotal:
F total = FBC - FBA
F total = 72 X 10 - 3 - 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N
Arahsesuaidengan FBCyaitukekanan.
3) Duabuahmuatan tersusunsepertigambarberikut!
Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2
tentukanbesardanarahkuatmedanlistrikpadatitik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !
Pembahasan
Rumusdasar yang dipakaiuntuksoaliniadalah
dimana Eadalahkuatmedanlistrik yang dihasilkansuatumuatan, dan r
adalahjaraktitikdarimuatansumber. Harapdiingatlagiuntukmenentukanarah E : "keluardarimuatanpositif" dan "masukkemuatannegatif"
Perhatikanilustrasipadagambar!
Langkahberikutnya adalahmenghitungmasing-masingbesarkuatmedan magnet E1dan
E2kemudianmencariresultannyajanganlupaubahsatuan centimeter menjadi meter.
Supayalebihmudahhitungsecaraterpisahsatupersatusaja,..
Arah kearahkanan.
Jikagayatarik-menarikantaramuatan A dan B samabesardengangayatarik-menarikantaramuatan A dan C masing-masingsebesar 5 F, tentukan resultangayapadamuatan A !
Pembahasan
Karenakeduagayamembentuksudut 90°cari denganrumusvektorbiasa :
5) Tigabuahmuatanmembentuksegitigasamasisisepertigambarberikut. Jarakantarketigamuatanmasing-masingadalah 10 cm.
Jika Q1 = + 1 C, Q2= Q3 = − 2 C dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besarresultangaya
Coulomb padamuatan Q1 !
Pembahasan
Tipesoalmiripsoalnomor 4, dengansudut 60° dannilaimasing-masinggayaharusdicariterlebihdahulu.
Angka 18 x 1011 N namakansaja X untukmempermudahperhitunganselanjutnya.
6) Duabuahmuatanmasing - masing Q1 = 1 μCdan Q2 = 4 μCterpisahsejauh 10 cm.
Tentukanletaktitik yang memilikikuatmedanlistriknol !(TipikalSoal UN) Pembahasan
Letaktitikbelumdiketahuisehinggaadatigakemungkinanyaitu di seblahkiri Q1, di sebelahkanan
Q2ataudiantara Q1dan Q2.
Untukmemilihposisinyasecarabenarperhatikanilustrasiberikutinidaningatkembalibahwakuatme danlistrik "keluaruntuk muatanpositif" dan "masukuntuk muatannegatif". Namakansajatitik yang akandicarisebagaititik P.
Ada 2 tempatdimana E1dan E2salingberlawanan, ambilsajatitik yang lebihdekatdenganmuatan
yang nilaimutlaknyalebihkecilyaitudisebelahkiri Q 1dannamakanjaraknyasebagai x.
Letaktitik yang kuatmedannyanoladalah 10 cm di kiri Q1atau 20 cm di kiri Q2.
7) Sebuahmuatanlistriknegatifsebesar Q yang beradapadasuatumedanlistrik E yang berarahkeselatan. Tentukanbesardanarah gayalistrikpadamuatantersebut!
Pembahasan
Hubunganantarakuatmedanlistrik E dangayalistrik F yang terjadipadasuatumuatan q adalah
F = QE
denganperjanjiantandasebagaiberikut:
Untukmuatanpositif, F searahdenganarah E
Untukmuatannegatif, F berlawananarahdenganarah E
Padasoaldiatas E berarahkeselatansehinggaarah F adalahkeutara, karenamuatannyaadalahnegatif.
Jika k = 9 x 109 N m2 C− 2 , Q
1 = + 10−12 C, Q2 = + 2 x 10−12 C dan Q3 = - 10−12 C,
tentukanbesar potensiallistrikpadatitik P ! Pembahasan
9) 8 buahmuatanlistrik 4 diantaranyasebesar + 5 C dan 4 lainnyaadalah − 5 C tersusunhinggamembentuksuatukubus yang memilikisisisepanjangr.
Tentukanbesarpotensiallistrik di titik P yang merupakantitikberatkubus ! Pembahasan
Kenapanol? Jarakmasing-masingmuatanketitik P adalahsamadanbesarmuatanjugasama, separuhpositifdanseparuhlaginegatifsehinggajikadimasukkanangkanyahasilnyaadalah nol. 10) Duabuahpartikeldenganbesarmuatan yang
Jika tan θ = 0,75danbesarteganganpadamasing-masingtaliadalah 0,01 N, tentukan besargayatolak - menolakantarakeduapartikel!
Pembahasan
Perhatikanuraiangayapada Q2berikut !
Karenanilaigayatalisudahdiketahui, makadenganprinsipkeseimbanganbiasadidapat :
FC = T sin Θ
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton
11) Sebuahpartikel yang bermuatannegatifsebesar 5 Coulomb diletakkandiantaraduabuahkeping yang memilikimuatanberlawanan.
Pembahasan
F = QE
E = F / Q = 0,4 / 5 = 0,08 N/C
Untukmuatannegatifarah E berlawanandengan F sehingga E
berarahkekiridandengandemikiankeping B positif, keping A negatif.
12) Sebuah bola beronggamemilikimuatansebesar Q Coulomb danberjari-jari 10 cm.
Jikabesarpotensiallistrikpadatitik P adalah (kQ / x ) volt, tentukannilai x ! Pembahasan
Untukmencaripotensialsuatutitik yang berada di luar bola, V = (kq)/rdimana r adalahjaraktitiktersebutkepusat bola ataux = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.
13) Tentukanbesarnyausahauntukmemindahkanmuatansebesarpositifsebesar 10 μCdaribedapotensial 220 kilovolt ke 330 kilovolt !
Pembahasan
W = q ΔV
W = 10μC x 100 kvolt = 1 joule
14) Perhatikangambarberikut ! E adalahkuatmedanlistrik padasuatutitik yang ditimbulkanoleh bola berongga yang bermuatanlistrik + q.
Tentukanbesarkuatmedanlistrik di titik P, Q dan R jikajari-jari bola adalahxdantitik R beradasejauhhdaripermukaan bola!
Pembahasan
Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2
Titik R di luar bola sehingga ER = (kq)/(x + h)2
15) Sebuahpartikelbermassa m danbermuatannegatifdiammelayangdiantaraduakepingsejajar yang berlawananmuatan.
Jika g adalahpercepatangravitasibumidan Q
adalahmuatanpartikeltentukannilaikuatmedanlistrik E antarakeduakepingdanjenismuatanpadakepingQ ! Pembahasan
Jikaditinjaugaya-gaya yang bekerjapadapartikelmakaadagayagravitasi/ gayaberat yang arahnyakebawah. Karenapartikelmelayang yang berartiterjadikeseimbangangaya-gaya, makapastilaharahgayalistriknyakeatasuntukmengimbangigayaberat.
Muatannegatifberartiarahmedanlistrik E berlawanandenganarahgayalistrik F sehinggaarah E adalahkebawahdankeping P adalahpositif (E "keluardaripositif, masukkenegatif"), keping Q negatif.
Untukmencaribesar E :
F listrik = W
qE = mg
