Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

29
Fisika II Fisika II 00:33:37 Hukum Coulomb Hukum Coulomb Listrik Statik Listrik Statik Contoh penomena listrik statik di alam: Contoh penomena listrik statik di alam: - Terbentuknya kilatan petir Terbentuknya kilatan petir

description

Fisika 2 Hukum Coulomb TEL-U

Transcript of Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Page 1: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Listrik StatikListrik Statik

Contoh penomena listrik statik di alam:Contoh penomena listrik statik di alam:

-- Terbentuknya kilatan petirTerbentuknya kilatan petir

Page 2: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Listrik StatikListrik Statik

1.1. Listrik statis adalah listrik yang diam untuk sementara Listrik statis adalah listrik yang diam untuk sementara

pada suatu bendapada suatu benda

2.2. Orang pertama yang melakukan percobaan tentang Orang pertama yang melakukan percobaan tentang

listrik statis adalah listrik statis adalah Thales of Miletus Thales of Miletus , pada tahun 600 , pada tahun 600 listrik statis adalah listrik statis adalah Thales of Miletus Thales of Miletus , pada tahun 600 , pada tahun 600

SM di Yunani. SM di Yunani.

3.3. Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol, Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol,

kemudian ia dekatkan ke bulu ayam. Ternyata bulu kemudian ia dekatkan ke bulu ayam. Ternyata bulu

ayam terbang dan menempel pada batu ambar ayam terbang dan menempel pada batu ambar

beberapa saat kemudian jatuh lagi.beberapa saat kemudian jatuh lagi.

Page 3: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Membangkitkan muatan listrik statik pada bahanMembangkitkan muatan listrik statik pada bahan

Muatan listrik statik dapat dibangkitkan pada suatu Muatan listrik statik dapat dibangkitkan pada suatu

bahan dengan cara menggosokbahan dengan cara menggosok--gosakan bahan tersebut gosakan bahan tersebut

dengan bahan lain.dengan bahan lain.

Mengapa hal tersebut bisa terjadi?Mengapa hal tersebut bisa terjadi?

Hal tersebut terjadi karena adanya loncatan muatan Hal tersebut terjadi karena adanya loncatan muatan

dari suatu bahan ke bahan lain. Penomena tersebut dari suatu bahan ke bahan lain. Penomena tersebut

dapat dipahami dengan mengetahui karakteristik dapat dipahami dengan mengetahui karakteristik

muatan atom di dalam bahanmuatan atom di dalam bahan

Page 4: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Apa yang dimaksud dengan Apa yang dimaksud dengan Atom?Atom?

Atom adalah objek paling kecil dari suatu unsur. Suatu unsur Atom adalah objek paling kecil dari suatu unsur. Suatu unsur

tersusun dari satu jenis atom saja. Misalnya unsur air raksa tersusun dari satu jenis atom saja. Misalnya unsur air raksa

tersusun dari atomtersusun dari atom--atom air raksa. Unsur emas tersusun dari atom air raksa. Unsur emas tersusun dari

atomatom--atom emas. Sedangkan air bukan termasuk unsur, atom emas. Sedangkan air bukan termasuk unsur,

karena tersusun dari dua jenis atom berbeda yaitu hidrogen karena tersusun dari dua jenis atom berbeda yaitu hidrogen

dan oksigendan oksigen

Page 5: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Struktur AtomStruktur Atom

Page 6: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Atom yang netral memiliki jumlah Atom yang netral memiliki jumlah

proton dan elektron yang samaproton dan elektron yang sama

Suatu atom akan memiliki muatan Suatu atom akan memiliki muatan Suatu atom akan memiliki muatan Suatu atom akan memiliki muatan

listrik negatif bila atom tersebut listrik negatif bila atom tersebut

kelebihan elektronkelebihan elektron

Dan atom akan bermuatan positif Dan atom akan bermuatan positif

bila kekurangan elektronbila kekurangan elektron

Page 7: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Membangkitkan muatan listrik pada bahanMembangkitkan muatan listrik pada bahan

ProtonProton beradaberada didi dalamdalam intiinti atom,atom, sehinggasehingga sulitsulit keluarkeluar daridari atomatom..

SedangkanSedangkan elektronelektron beradaberada didi kulitkulit atom,atom, sehinggasehingga mudahmudah dikeluarkandikeluarkan..

UntukUntuk dapatdapat memindahkanmemindahkan elektronelektron keluarkeluar atomatom diperlukandiperlukan energienergi daridari luarluar

atomatom..

BilaBila kitakita menggosokmenggosok suatusuatu benda,benda, makamaka kitakita memberikanmemberikan energienergi padapada atomatom

bendabenda tersebuttersebut.. AkibatnyaAkibatnya sebagiansebagian elektronelektron dapatdapat berpindahberpindah daridari bendabenda

tersebuttersebut keke bendabenda lainlain

Page 8: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Contoh membangkitkan muatan listrik pada bahanContoh membangkitkan muatan listrik pada bahan

BalonBalon bilabila kitakita gosokgosok

dengandengan kainkain wolwol makamaka

Balon digosok dengan kalin wolBalon digosok dengan kalin wol

dengandengan kainkain wolwol makamaka

elektronelektron berpindahberpindah daridari

kainkain wolwol keke balonbalon.. SehinggaSehingga

balonbalon menjadimenjadi bermuatanbermuatan

listriklistrik negatifnegatif dandan kainkain wolwol

bermuatanbermuatan listriklistrik positifpositif

Page 9: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Contoh lainContoh lain

Page 10: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Sifat Muatan ListrikSifat Muatan Listrik

Terdapat dua jenis muatanTerdapat dua jenis muatan

�� Muatan positifMuatan positif

�� Muatan negatifMuatan negatif

Antar muatan listrik terjadi interaksiAntar muatan listrik terjadi interaksi

�� Muatan sejenis tolakMuatan sejenis tolak--

menolakmenolak

�� Muatan tak sejenis Muatan tak sejenis

tariktarik--menarikmenarik

Muatan Listrik bersifat diskritMuatan Listrik bersifat diskrit

Merupakan kelipatan buat dari Merupakan kelipatan buat dari

suatu muatan elementersuatu muatan elementer

Muatan Listrik bersifat kekalMuatan Listrik bersifat kekal

Page 11: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Muatan ListrikMuatan Listrik

�� Diberi simbol dengan Q Diberi simbol dengan Q

atau qatau q

�� Memiliki satuan Memiliki satuan

Coulomb (C)Coulomb (C) Proton

Electron

Coulomb (C)Coulomb (C)

�� Muatan listrik elementer Muatan listrik elementer

adalah: adalah:

1,602 x 101,602 x 10--1919 CC

�� Muatan listrik elektron: Muatan listrik elektron:

-- 1,602 x 101,602 x 10--1919 CC

�� Muatan listrik proton: Muatan listrik proton:

+1,602 x 10+1,602 x 10--1919 CC

Proton

Neutron

Page 12: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

GayaGaya interaksiinteraksi antaraantara duadua partikelpartikel pertamapertama kalikali

dikemukakandikemukakan oleholeh CharlesCharles AugustinAugustin CoulombCoulomb,, seorangseorang

ilmuwanilmuwan PerancisPerancis.. AlatAlat eksperimeneksperimen yangyang digunakandigunakan oleholeh

CoulombCoulomb untukuntuk menerangkanmenerangkan disebutdisebut neracaneraca puntirpuntir yangyang

terdiriterdiri daridari duadua bolabola kecilkecil bermuatanbermuatan sepertiseperti padapada gambargambar didi

bawahbawah iniinibawahbawah iniini

Page 13: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

CoulombCoulomb menemukanmenemukan bahwabahwa gayagaya interaksiinteraksi yangyang dialamidialami

oleholeh masingmasing--masingmasing bolabola sebandingsebanding dengandengan besarbesar muatanmuatan

masingmasing--masingmasing bolabola dandan berbandingberbanding terbalikterbalik dengandengan

kuadratkuadrat jarakjarak dantaradantara keduakedua bolabola kecilkecil tersebuttersebut..

F ∝∝∝∝2

21

r

qq

BesarBesar gayagaya dalamdalam eksperimeneksperimen yangyang dilakukandilakukan CoulombCoulomb

diukurdiukur daridari besarbesar torkatorka yangyang terjaditerjadi padapada puntiranpuntiran seratserat..

GayaGaya interaksiinteraksi CoulombCoulomb miripmirip dengandengan gayagaya interaksiinteraksi

gravitasigravitasi yangyang besarnyabesarnya sebandingsebanding dengandengan massamassa keduakedua

bendabenda yangyang berinteraksiberinteraksi dandan berbandingberbanding terbalikterbalik dengandengan

jarakjarak antaraantara keduanyakeduanya

F ∝∝∝∝

2r

2

21

r

mm

Page 14: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

r

+q

F

GayaGaya CoulombCoulomb yangyang dialamidialami

muatanmuatan +q+q adalahadalah ::

Nilai Nilai kk menyatakan konstanta menyatakan konstanta

yang besarnya :yang besarnya :

2r

QqkF =

+Qyang besarnya :yang besarnya :

≅ 9.109 Nm2/C2

DenganDengan εεεεεεεεoo menyatakanmenyatakan permitivitaspermitivitas ruangruang hampahampa yangyang

besarnyabesarnya samasama dengandengan 88,,8585 ×××××××× 1010--1212 CC22/m/m22NN.. NilaiNilai permitivitaspermitivitas

bergantungbergantung padapada mediummedium sekitarsekitar muatanmuatan..

o

kπε41

=

Page 15: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

DalamDalam skalaskala mikroskopik,mikroskopik, gayagaya interaksiinteraksi CoulombCoulomb lebihlebih dominandominan daripadadaripada

gayagaya gravitasi,gravitasi, sehinggasehingga dalamdalam skalaskala atomatom gayagaya gravitasigravitasi diabaikandiabaikan..

SebagaiSebagai contohcontoh interaksiinteraksi antaraantara duadua buahbuah elektronelektron yangyang mempunyaimempunyai

muatanmuatan masingmasing--masingmasing qqee == --11,,66 ×××××××× 1010--1919 CC dandan mempunyaimempunyai massamassa masingmasing--

masingmasing mmee == 99,,11 ×××××××× 1010--3131 kgkg terpisahterpisah sejauhsejauh 11 AngstromAngstrom satusatu samasama lainlain.. JikaJika

diketahuidiketahui konstantakonstanta gravitasigravitasi GG == 66,,6767 ×××××××× 1010--1111 NmNm22/kg/kg22..

BesarBesar gayagaya interaksiinteraksi CoulombCoulomb ::

= 2,304.10-8 N

Sedangkan besar interaksi gravitasi adalah :Sedangkan besar interaksi gravitasi adalah :

= 5,523.10-51 N

Gaya interaksi gravitasi berperan pada skala makroskopik.Gaya interaksi gravitasi berperan pada skala makroskopik.

( )( )210

2199

2

21

10

10.6,110.9

==r

qqkF

( )( )210

23111

2

21

10

10.1,910.67,6

−−==

r

mmGF

Page 16: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

ArahArah vektorvektor daridari gayagaya CoulombCoulomb tergantungtergantung padapada jenisjenis

muatanmuatan daridari duadua muatanmuatan yangyang berinteraksiberinteraksi.. DiketahuiDiketahui

muatanmuatan sejenissejenis akanakan tolaktolak--menolakmenolak dandan muatanmuatan berbedaberbeda

jenisjenis akanakan tariktarik--menarikmenarik.. ArahArah vektorvektor daridari gayagaya CoulombCoulomb

dinyatakandinyatakan oleholeh vektorvektor satuan,satuan, dapatdapat ditentukanditentukan jikajika

diketahuidiketahui posisiposisi masingmasing--masingmasing muatanmuatan..

-Q

+Q

+q

-q

+q

-Q

Page 17: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

MisalMisal ::

UntukUntuk araharah gayagaya FF dinyatakandinyatakan

DenganDengan demikiandemikian araharah gayagaya yangyang dialamidialami sebuahsebuah muatanmuatan akibatakibat muatanmuatan

lainlain bergantungbergantung padapada tandatanda muatanmuatan masingmasing--masingmasing.. ArahArah gayagaya dapatdapat

ditentukanditentukan dengandengan mencarimencari vektorvektor satuansatuan yangyang searahsearah dengandengan araharah gayagaya

tersebuttersebut.. VektorVektor satuansatuan dapatdapat ditentukanditentukan dengandengan mencarimencari vektorvektor

perpindahanperpindahan daridari posisiposisi keduakedua muatanmuatan yangyang searahsearah dengandengan araharah gayagaya..

r +q2

F1 +q1

F2

x1x2

y2

y1

UntukUntuk araharah gayagaya FF11 dinyatakandinyatakan

padapada gambargambar didi sampingsamping.. ArahArah

gayagaya tersebuttersebut searahsearah dengandengan

vektorvektor perpindahanperpindahan yangyang

menghubungkanmenghubungkan posisiposisi muatanmuatan qq22

dgdg posisiposisi muatanmuatan qq11..

RR11 == (x(x11 –– xx22)i)i ++ (y(y11 –– yy22)j)j

Vektor satuan rVektor satuan r11 = = 2

21

2

21

2121

1 )yy()xx(

)yy()xx(

R −+−

−+−=

jiR1

Page 18: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

r +q2

F1 +q1

F2

1 9

4

6

q1 = + 1 mC

q2 = + 2 mC

Besar gaya yang dialami muatan q1 :

2

2112

r

qqkF =

Besar r122 = (1 – 9)2 + (6 – 4)2 = 64 + 4 = 681 9

Arah gaya searah dengan vektor perpindahan dari posisi q2 ke posisi q1.

NewtonF 333

9

1 1034

9

68

10.2.1010.9 ==

−−

Besar r122 = (1 – 9)2 + (6 – 4)2 = 64 + 4 = 68

Vektor satuan r12 = 68

28

)46()91(

)46()91(

2212

jijiR12 +−=

−+−

−+−=

R

Dengan demikian F12 = F12r12 = 310.1734

936 ji+−Newton

Page 19: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

r +q2

F1 +q1

F2

4

6

Besar gaya yang dialami muatan q2 sama

dengan besar gaya yang dialami muatan q1,

tetapi arahnya berlawanan.

2

2121

r

qqkF =

Besar r2 = (9– 1)2 + (6 – 4)2 = 64 + 4 = 68

1 9

Arah gaya searah dengan vektor perpindahan dari posisi q1 ke posisi q2.

NewtonF 333

9

21 10.34

9

68

10.2.1010.9 ==

−−

Vektor satuan r21 = 68

28

)64()19(

)64()19(

2221

jijiR21 −=

−+−

−+−=

R

Dengan demikian F21 = F21r21 = 310.1734

936 ji −Newton

Page 20: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Gaya Coulomb Untuk Muatan Lebih Dari 2 Muatan

+q1

+q2

r12F13

F1

+q3

r13F12

Gaya total yang dialami muatan q1 adalah :

F1 = F12 + F13

Dengan F12 menyatakan gaya interaksi antara muatan q1 dan

muatan q2. Sedangkan F13 menyatakan gaya interaksi antara muatan

q1 dan muatan q3.

Page 21: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Tiga buah muatan masing-masing q1 = -1 mC berada pada titik A(1,0) m, q2 =

+1 mC berada pada titik B(1,1) m, dan q3 = -1 mC berada pada titik C(0,1) m.

Tentukan gaya yang dialami oleh muatan q1 !

Jawab :

y

Besar gaya yang dialami muatan q1 oleh

muatan q2 adalah :

2

2112

qqkF =

q1

q2q3

A

BC

F12

F13

x

212

12RkF =

R122 = (xB – xA)2 + (yB – yA)2 = 1

N10.91

10.1010.9F 3

339

12 ==−−

Arah vektor F12 searah dengan

vektor perpindahan dari titik A ke

titik B. Vektor satuan dari A ke B

adalah j.

Page 22: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Besar gaya yang dialami muatan q1 oleh muatan q3 adalah :

213

3113

R

qqkF = R13

2 = (xA – xC)2 + (yA – yC)2 = 1 + 1 = 2

Dengan demikian F12 = F12r12 = 9.103j Newton

N10.5,42

10.1010.9F 3

339

13 ==−−

2

Arah vektor F13 searah dengan vektor perpindahan dari titik C ke titik

A. Vektor satuan dari C ke A adalah :

Vektor satuan r13 = 2)10()01(

)10()01(

R 2213

jijiR13 −=

−+−

−+−=

Dengan demikian F13 = F13r13 = Newton10.2

5,44,5 3ji −

Gaya yang dialami q1 : F1 = F12 + F13 = N10.2

5,4-9

2

5,4 3

+ ji

Page 23: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

q1

q

A

y1.

Tiga buah muatan seperti pada gambar di atas yang masing-

masing q1 = -1mC terletak di titik A(1,1), q2 = +1 mC terletak

di titik B (0,0), dan q3 = + 1mC terletak di C(2,0). Tentukan :

a. Gaya yang dialami q1

b. Gaya yang dialami q2

q2

C

xB

q3

Page 24: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

q1 4 m

3 m

q2

2.

Tiga buah muatan seperti pada gambar di atas yang

masing-masing mempunyai muatan q1 = -1mC, q2 = +1 mC,

dan q3 = - 1mC. Tentukan :

a. Gaya yang dialami q1

b. Gaya yang dialami q2

3 m

q3

5 m

Page 25: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

3.

θ

ll

Fisika IIFisika II

00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb

Dua buah bola bermuatan serupa yang masing-masing

mempunyai muatan q dan massa m digantung dengan tali

yang mempunyai panjang sama, yaitu l. Tentukan sudut θyang terbentuk seperti pada gambar di atas akibat adanya

gaya Coulomb dan gaya berat ! Anggap panjang tali jauh

lebih besar dari pada jarak antar muatan.

+q +q

Page 26: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Nomor 1

Dua buah bola konduktor akan tarik menarik dengan gaya

sebesar 0,108 N ketika dipisahkan pada jarak 50 cm. Kemudian

kedua bola ini dihubungkan dengan sebuah kawat konduktor

sehingga terjadi kesetimbangan muatan. Setelah kawat

konduktor tersebut dilepaskan ternyata kedua bola tadi akan

Fisika IIFisika II

00:33:37TUGASTUGAS

konduktor tersebut dilepaskan ternyata kedua bola tadi akan

tolak menolak dengan gaya sebesar 0,036 N. Berapa besarnya

muatan dari kedua bola tersebut mula-mula ?

Nomor 2

Dua buah muatan yang dipertahankan tetap yang masing-

masing besarnya adalah + 1µC dan - 3 µC dipisahkan oleh jarak

sebesar 10 cm. Dimana sebuah muatan ketiga harus diletakkan

agar gaya yang bekerja padanya akibat kedua muatan tadi

adalah nol ?

Page 27: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Nomor 3

Enam buah partikel yang bermuatan sama sebesar q = 3 µC (q2

dan q6 bermuatan positip sedangkan lainnya bermuatan negatip)

disusun seperti terlihat pada gambar di bawah ini dengan a = 2

cm dan θ = 30o. Tentukan gaya pada muatan q1 akibat muatan-

muatan lainnya.

Fisika IIFisika II

00:33:37TUGASTUGAS

muatan lainnya.

Page 28: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

a). Bila q1 = q2 = 20 µC dan d = 1,5 m berapa besar gaya

elektrostatik yang bekerja pada muatan q1?

b). Sebuah muatan ketiga q = 20 µC ditempatkan seperti terlihat

Nomor 4

Pada gambar di bawah (kiri) ini ditunjukkan dua muatan, q1 dan

q2 yang dipertahankan tetap pada jarak d.

Fisika IIFisika II

00:33:37TUGASTUGAS

b). Sebuah muatan ketiga q3 = 20 µC ditempatkan seperti terlihat

pada gambar (kanan). Berapa besar dan arah gaya

elektrostatik yang bekerja pada muatan q1 sekarang ?

Page 29: Fisika 2 Hukum Coulomb_TEL-U

Nomor 5

Pada gambar di bawah ini, bila q = 1,0x10-7 C dan a = 5 cm,

a). Hitung komponen horisontal dan vertikal dari gaya

elektrostatik yang bekerja pada muatan di kiri bawah

b). Tentukan besar dan arah gaya tersebut

Fisika IIFisika II

00:33:37TUGASTUGAS

b). Tentukan besar dan arah gaya tersebut

F12

F13

F1

4