fisika 2 hukum coulomb_tel-u
Post on 14-Apr-2016
232 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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
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.
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
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
Fisika IIFisika II
00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb
Struktur AtomStruktur Atom
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
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
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
Fisika IIFisika II
00:33:37Hukum CoulombHukum Coulomb
Contoh lainContoh lain
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
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
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
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
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
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
=
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
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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 ?
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.
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 ?
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
top related