INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG FAKULTAS MATEMATIKA & ILMU PENGETAHUAN ALAMPROGRAM STUDI FISIKAJl. Ganesha No 10, Bandung 40132, Indonesia SOLUSIMODUL TUTORIAL FISIKA DASAR II B (FI-1202) KE 1

TOPIK : GAYA DAN MEDAN LISTRIKSemester 2 2014/2015

A. PERTANYAAN1. Sebuah elektron bebas dan sebuah proton bebas bergerak didalam medan listrik yang sama. Bandingkanlah gaya listrik dan percepatan antara kedua partikel tersebut. Jelaskan.

Solusi:

Gaya listrik pada kedua partikel memiliki besar yang sama, tetapi arahnya berbeda. Elektron akan memiliki percepatan lebih besar (2000 kali) dibandingkan proton, dikarenakan massa elektron yang lebih kecil.

2. Ketika kita akan menentukan besar medan listrik, mengapa muatan uji yang digunakan harus bernilai kecil sekali?

Solusi:

agar medan listrik yang terbentuk oleh kehadiran muatan uji tidak akan mengganggu medan

listrik yang akan kita ukur.

3. Sebuah muatan +4q berada pada jarak r dari muatan -q. Bandingkanlah jumlah garis medan listrik yang meninggalkan muatan +4q dengan jumlah garis medan listrik yang masuk ke muatan -q. Dimanakah garis medan listrik yang lain dari muatan +4q akan berakhir?

Solusi:

Garis medan listrik akan bermula dari muatan yang besar (sebanyak 4 kali lipat) dan berakhir di muatan yang kecil. Garis yang lain akan bergerak menjauh dari pasangan muatan tersebut. Kemungkinan garis tersebut tidak punya titik akhir atau mungkin akan berakhir di muatan negatif yang letaknya lebih jauh. Hal ini ditunjukkan oleh gambar berikut:

4. Jelaskan mengapa flux listrik yang melalui permukaan tertutup dengan sebuah muatan didalamnya tidak bergantung pada ukuran dan bentuk dari permukaan?

Solusi:

Fluks listrik yang melingkupi sebuah bola disekitar sebuah muatan titik ini tidak bergantung pada ukuran dari bola. Bola dengan jari-jari yang besar akan memiliki luas area besar pula, tetapi medan listrik di permukaannya akan lebih kecil. Jika permukaan tidak bulat, beberapa bagian mungkin lebih dekat ke muatan, dalam hal ini area yang lebih kecil akan menghasilkan medan listrik yang lebih kuat, sehingga flux total tidak akan terpengaruh.

5. Dua buah bola solid, keduanya memiliki jari-jari R, membawa muatan yang sama masing-masing sebesar +Q. Bola pertama merupakan konduktor yang baik sedangkan bola kedua merupakan isolator. Jika muatan pada bola isolator terdistribusi seragam sepanjang interior volumenya, bagaimanakah medan listrik diluar dari kedua bola tersebut ? Apakah medan listrik didalam bola akan sama pada kedua bola tersebut?

Solusi:

Medan listrik diluar akan sama untuk kedua bola. Medan listrik didalam akan berbeda. Pada bola konduktor E = 0 disetiap area bagian dalamnya sedangkan pada bola isolator E akan mengecil ketika jari-jari bola mengecil (dengan asumsi muatan jenis volum seragam).

B. SOAL1. Dua buah bola kecil dari bahan perak masing-masing memiliki massa 10 gr terpisah sejauh 1.5 m. Tentukanlah fraksi dari elektron pada salah satu bola yang harus dipindahkan ke bola lainnya untuk menghasilkan gaya interaksi sebesar 2 x 104 N (sekitar 1 ton) diantara kedua bola. (Jumlah elektron per atom perak adalah 47 dan massa molar perak adalah 107.87 gr/mol.)

Solusi:

Besar muatan kedua bola sama, yaitu:

Jumlah elektron yang ditransfer:

Jumlah elektron total pada masing-masing bola:

Fraksi dari transfer elektron:

2. Dua buah bola konduktor yang identik ditempatkan sedemikian sehingga jarak antara pusat bolanya adalah 0.5 m. Salah satu bola memiliki muatan sebesar +15 nC dan yang lainnya adalah -20 nC. (a) Tentukanlah besar gaya listrik pada salah satu bola terhadap yang lainnya. (b) Jika kedua bola dihubungkan dengan sebuah kawat konduktor. Tentukanlah gaya listrik antara keduanya setelah berada dalam kesetimbangan.

Solusi:

(a) Besarnya gaya interaksi antara 2 bola tersebut:

(b) Muatan total yang terbentuk sebesar -5 x 10-9 C akan terbagi dua sama besar masing-masing -2.5 x 10-9 C. Besar gaya interaksinya :

3. Tiga buah muatan berada pada posisi dimana jarak antar satu muatan dengan yang lainnya membentuk segita sama sisi seperti diperlihatkan pada gambar disamping. (a) Tentukan besarnya medan listrik di posisi muatan +2mC akibat kehadiran muatan +7mC dan -4mC. (b) Gunakan jawaban dari (a) untuk menentukan besarnya gaya listrik pada muatan +2mC.

Solusi:

(a)

(b) gaya listrik di muatan +2mC

4. Dua buah muatan titik masing-masing memiliki besar muatan +2mC terletak sepanjang sumbu x. Salah satu muatannya berada di posisi x = 1 m dan yang lain di posisi x = - 1 m. (a) Tentukanlah besarnya medan listrik di posisi y = 0.5 m. (b) Tentukanlah gaya listrik pada suatu muatan uji yang besarnya -3mC yang berada di posisi y = 0.5 m.

Solusi:

(a)

sehingga besarnya medan listrik :

(b) Gaya listrik :

5. Perhatikan dipol listrik pada gambar disamping ini. Tunjukkan bahwa medan listrik pada suatu titik di posisi tak hingga sepanjang sumbu x positif adalah

Solusi:

Medan listrik di suatu titik di posisi x adalah:

ketika x semakin besar (lebih besar dari a, maka akan didapatkan:

6. Sebuah batang bermuatan seragam memiliki panjang 20 cm dan memiliki muatan total sebesar -25mC. Tentukanlah besar medan listrik sepanjang sumbu dari batang di suatu titik yang berjarak 40 cm dari pusat batang.

Solusi:

7. Sebuah proton diarahkan sepanjang sumbu x positif menuju area bermedan listrik seragam sebesar E = 8 x 105 N/C yang mengarah ke sumbu x negatif pada saat t = 0. Proton tersebut bergerak sejauh 10 cm sebelum akhirnya berhenti. Tentukanlah (a) percepatan dari proton, (b) laju awal proton, (c) waktu yang dibutuhkan proton hingga berhenti.

Solusi:

(a)

(b)

(c)

8. Empat buah muatan titik identik (q = +10 mC) terletak pada sudut dari bidang segiempat seperti ditunjukkan pada gambar disamping. Dimensi dari segiempat tersebut adalah P = 60 cm dan L = 15 cm. Tentukanlah besarnya gaya listrik resultan pada sebuah muatan yang terletak di sudut kiri bawah akibat dari kehadiran tiga muatan yang lain.

Solusi:

9. Sebuah bola solid berjari-jari 50 cm memiliki muatan positif total sebesar +35 mC yang tersebar merata keseluruh bagian volume bola. Tentukanlah besar medan listrik di posisi (a) 0 cm, (b) 10 cm, (c) 50 cm, dan (d) 60 cm dari pusat bola.

Solusi:

(a)

(b)

(c)

(d)

10. Sebuah partikel memiliki muatan -50nC ditempatkan dipusat dari sebuah kulit bola isolator dengan jari-jari dalamnya 25 cm dan jari-jari luarnya 30 cm. Kulit bola tersebut memiliki muatan yang seragam dengan rapat jenisnya -1.33 mC/m3. Sebuah proton bergerak secara orbit melingkar di bagian luar dari kulit bola. Tentukanlah laju dari proton tersebut.

Solusi:

Volume kulit bola:

Muatan pada kulit bola:

Muatan total didalam bola:

Besarnya medan listrik:

Laju proton:

_2147483647.bin

_2147483646.unknown

_2147483645.unknown

_2147483644.unknown

_2147483643.unknown

_2147483642.unknown

_2147483641.unknown

_2147483640.unknown

_2147483639.unknown

_2147483638.unknown

_2147483637.unknown

_2147483636.unknown

_2147483635.unknown

_2147483634.unknown

_2147483633.unknown

_2147483632.unknown

_2147483631.unknown

_2147483630.unknown

_2147483629.unknown

_2147483628.unknown

_2147483627.unknown

_2147483626.unknown

_2147483625.unknown

_2147483624.unknown

_2147483623.unknown

_2147483622.unknown

_2147483621.unknown

_2147483620.unknown

_2147483619.unknown

_2147483618.unknown

_2147483617.unknown

_2147483616.unknown

_2147483615.unknown

_2147483614.unknown

_2147483613.unknown

_2147483612.unknown

_2147483611.unknown

_2147483610.unknown

_2147483609.unknown

_2147483608.unknown

_2147483607.unknown

_2147483606.unknown

_2147483605.unknown

_2147483604.unknown