WISLAH.COM – Berikut “Contoh Soal Gaya Coulomb Beserta Jawabannya (Kelas 12)” untuk membantu siswa SMA kelas 12 memahami konsep gaya interaksi antara muatan listrik. Gaya Coulomb, atau sering disebut juga gaya elektrostatik, adalah gaya yang timbul antara dua muatan listrik. Hukum Coulomb mendeskripsikan bagaimana besar gaya ini bergantung pada besar muatan dan jarak antara keduanya. Pemahaman yang kuat tentang gaya Coulomb sangat penting karena konsep ini mendasari berbagai fenomena listrik dan magnet, mulai dari interaksi atom hingga cara kerja perangkat elektronik.
Mempelajari contoh soal gaya Coulomb adalah salah satu cara paling efektif untuk memperkuat pemahaman tentang konsep ini. Dengan berlatih mengerjakan soal, siswa dapat menguji pemahaman mereka, mengidentifikasi area yang perlu ditingkatkan, dan mengembangkan keterampilan pemecahan masalah yang diperlukan untuk menerapkan hukum Coulomb dalam berbagai situasi.
Artikel ini menyediakan kumpulan soal pilihan ganda dan essay tentang gaya Coulomb, lengkap dengan kunci jawaban dan penjelasannya. Soal-soal ini dirancang khusus untuk siswa SMA kelas 12, sesuai dengan batasan materi kelas tersebut. Dengan berlatih mengerjakan soal-soal ini, diharapkan siswa dapat lebih siap menghadapi ujian dan tantangan lainnya yang berkaitan dengan gaya Coulomb.
Contoh Soal Gaya Coulomb Beserta Jawabannya
A. 5 contoh soal gaya Coulomb beserta jawabannya: Soal Pilihan Ganda
- Dua muatan titik, masing-masing sebesar +2 μC dan -4 μC, terpisah sejauh 30 cm. Berapakah besar gaya Coulomb yang bekerja antara kedua muatan tersebut? (k = 9 x 10^9 Nm^2/C^2)
a. 0.4 N (tarik-menarik)
b. 0.8 N (tarik-menarik)
c. 0.4 N (tolak-menolak)
d. 0.8 N (tolak-menolak)
{Jawabannya: b. 0.8 N (tarik-menarik)}
{Penjelasannya:}
Gaya Coulomb dihitung dengan rumus F = k * |q1 * q2| / r^2
F = (9 x 10^9 Nm^2/C^2) * |(2 x 10^-6 C) * (-4 x 10^-6 C)| / (0.3 m)^2
F = 0.8 N. Karena muatan berbeda jenis, maka gayanya tarik-menarik.
- Dua muatan identik terpisah sejauh r menghasilkan gaya Coulomb sebesar F. Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 2r, berapakah besar gaya Coulomb yang baru?
a. F/4
b. F/2
c. 2F
d. 4F
{Jawabannya: a. F/4}
{Penjelasannya:}
Gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Jika jarak digandakan, gaya akan menjadi seperempat kali semula.
- Pernyataan manakah yang benar mengenai gaya Coulomb?
a. Gaya Coulomb hanya bekerja pada muatan yang diam.
b. Gaya Coulomb selalu merupakan gaya tarik-menarik.
c. Besar gaya Coulomb berbanding lurus dengan kuadrat jarak antara muatan.
d. Besar gaya Coulomb berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan.
{Jawabannya: d. Besar gaya Coulomb berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan.}
{Penjelasannya:}
Gaya Coulomb dapat bekerja pada muatan yang diam maupun bergerak. Gaya ini bisa tarik-menarik (muatan berbeda jenis) atau tolak-menolak (muatan sejenis). Besar gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dan berbanding lurus dengan hasil kali besar muatan.
- Dua buah muatan listrik terpisah pada jarak tertentu. Jika salah satu muatan diperbesar tiga kali lipat, bagaimana pengaruhnya terhadap gaya Coulomb antara kedua muatan tersebut?
a. Gaya Coulomb menjadi tiga kali lipat lebih besar
b. Gaya Coulomb menjadi tiga kali lipat lebih kecil.
c. Gaya Coulomb menjadi sembilan kali lipat lebih besar
d. Gaya Coulomb menjadi sembilan kali lipat lebih kecil
{Jawabannya: a. Gaya Coulomb menjadi tiga kali lipat lebih besar
{Penjelasannya:}
Gaya Coulomb berbanding lurus dengan besar muatan. Jika salah satu muatan diperbesar tiga kali lipat, maka gaya Coulomb juga akan menjadi tiga kali lipat lebih besar
- Dua muatan listrik yang sama besar terpisah pada jarak tertentu. Jika kedua muatan diperbesar dua kali lipat dan jaraknya dijauhkan menjadi dua kali lipat, bagaimana pengaruhnya terhadap gaya Coulomb antara kedua muatan tersebut?
a. Gaya Coulomb tetap sama
b. Gaya Coulomb menjadi dua kali lipat lebih besar
c. Gaya Coulomb menjadi dua kali lipat lebih kecil
d. Gaya Coulomb menjadi empat kali lipat lebih besar
{Jawabannya: a. Gaya Coulomb tetap sama
{Penjelasannya:}
- Ketika muatan diperbesar dua kali lipat, gaya Coulomb menjadi empat kali lipat lebih besar (karena F sebanding dengan q1*q2).
- Ketika jarak diperbesar dua kali lipat, gaya Coulomb menjadi empat kali lipat lebih kecil (karena F sebanding dengan 1/r^2).
- Efek kedua perubahan tersebut saling meniadakan, sehingga gaya Coulomb tetap sama
B. 5 contoh soal gaya Coulomb beserta jawabannya: Soal Essay
- Tiga muatan titik, q1 = +3 μC, q2 = -2 μC, dan q3 = +5 μC, terletak segaris. q1 berada 20 cm di sebelah kiri q2, dan q3 berada 30 cm di sebelah kanan q2. Hitunglah resultan gaya Coulomb yang bekerja pada q2!
{Jawabannya:}
- Gaya antara q1 dan q2: F12 = k * |q1 * q2| / r12^2 = (9 x 10^9) * |(3 x 10^-6) * (-2 x 10^-6)| / (0.2)^2 = 1.35 N (tarik-menarik, ke kiri)
- Gaya antara q2 dan q3: F23 = k * |q2 * q3| / r23^2 = (9 x 10^9) * |(-2 x 10^-6) * (5 x 10^-6)| / (0.3)^2 = 1 N (tarik-menarik, ke kanan)
- Resultan gaya pada q2: F_resultan = F12 – F23 = 1.35 N – 1 N = 0.35 N (ke kiri)
- Dua bola kecil bermuatan digantung dengan tali ringan yang panjangnya sama. Kedua bola tolak-menolak sehingga tali membentuk sudut 30 derajat terhadap vertikal. Jika massa masing-masing bola 0.5 gram, berapakah besar muatan pada masing-masing bola?
{Jawabannya:}
- Gambarkan diagram gaya pada salah satu bola. Ada tiga gaya: gaya berat (mg, ke bawah), gaya tegangan tali (T, sepanjang tali), dan gaya Coulomb (F, horizontal).
- Uraikan gaya tegangan tali menjadi komponen vertikal (Tcos 30) dan horizontal (Tsin 30).
- Terapkan hukum I Newton:
- ΣFy = 0 => T*cos 30 – mg = 0
- ΣFx = 0 => T*sin 30 – F = 0
- Dari persamaan pertama, dapatkan T = mg / cos 30
- Substitusikan T ke persamaan kedua, dapatkan F = (mg / cos 30) * sin 30
- Gaya Coulomb: F = k * q^2 / r^2, dengan r = 2lsin 15 (l = panjang tali)
- Samakan kedua persamaan untuk F, lalu selesaikan untuk q.
- Jangan lupa konversi satuan: massa dalam kg, sudut dalam radian.
- Sebuah elektron (muatan -1.6 x 10^-19 C) bergerak dengan kecepatan 2 x 10^6 m/s dalam medan magnet seragam 0.5 T. Arah kecepatan elektron tegak lurus terhadap medan magnet. Tentukan besar gaya Lorentz yang dialami elektron!
{Jawabannya:}
- Gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dalam medan magnet: F = q * v * B * sin θ
- θ adalah sudut antara vektor kecepatan dan medan magnet. Dalam kasus ini, θ = 90 derajat, sehingga sin θ = 1.
- Substitusikan nilai-nilai yang diketahui ke dalam rumus:
F = (1.6 x 10^-19 C) * (2 x 10^6 m/s) * (0.5 T) * 1
F = 1.6 x 10^-13 N
- Jelaskan perbedaan antara gaya Coulomb dan gaya Lorentz!
{Jawabannya:}
- Gaya Coulomb:
- Bekerja antara dua muatan listrik, baik diam maupun bergerak.
- Besarnya sebanding dengan hasil kali muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.
- Arahnya sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan.
- Gaya Lorentz:
- Bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnet.
- Besarnya sebanding dengan muatan, kecepatan, medan magnet, dan sinus sudut antara kecepatan dan medan magnet.
- Arahnya tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh vektor kecepatan dan medan magnet.
- Dua muatan listrik identik terpisah sejauh d. Jika besar setiap muatan dijadikan setengahnya, pada jarak berapakah kedua muatan harus ditempatkan agar gaya Coulomb antara keduanya tetap sama?
{Jawabannya:}
- Gaya Coulomb awal: F1 = k * q^2 / d^2
- Muatan baru: q/2
- Gaya Coulomb baru: F2 = k * (q/2)^2 / r^2 = k * q^2 / (4 * r^2)
- Kita ingin F1 = F2, sehingga:
k * q^2 / d^2 = k * q^2 / (4 * r^2)
1/d^2 = 1/(4 * r^2)
4 * r^2 = d^2
r^2 = d^2 / 4
r = d/2
Jadi, jarak antara kedua muatan harus dikurangi menjadi setengahnya agar gaya Coulomb tetap sama.
Penutup:
Demikian “Contoh Soal Gaya Coulomb Beserta Jawabannya (Kelas 12)“. Semoga dapat memberikan referensi belajar yang bermanfaat bagi siswa SMA kelas 12 dalam memahami konsep gaya Coulomb dan mempersiapkan diri menghadapi ujian. Dengan berlatih mengerjakan soal-soal ini secara konsisten, diharapkan siswa dapat meningkatkan pemahaman mereka tentang gaya interaksi antara muatan listrik dan mengembangkan keterampilan pemecahan masalah yang diperlukan untuk sukses dalam pelajaran Fisika.
