Hukum Coulomb & medan listrik: latihan soal dengan penyelesaian langkah demi langkah

Latihan soal Hukum Coulomb & medan listrik gratis dengan diagram, petunjuk, dan pembahasan lengkap. Nilai baru setiap kali, dalam tiga tingkat: gaya antara dua muatan, medan di antara dua muatan, gaya yang saling tegak lurus.

Soal latihan gratisMudah
+ + + + + +− − − − − −e⁻E = 3300 N/C

Sebuah elektron (muatan −1,602 × 10⁻¹⁹ C, massa 9,109 × 10⁻³¹ kg) berada dalam medan listrik homogen 3300 N/C. Dengan mengabaikan gravitasi, cari besar percepatannya a.

E = 3300 N/C|q| = 1,602 × 10⁻¹⁹ Cm = 9,109 × 10⁻³¹ kg
m/s²
Soal berikutnya →
Berlatih Hukum Coulomb & medan listrik secara gratisBerlatih Hukum Coulomb & medan listrik sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Yang Anda latih

  1. Mudahgaya antara dua muatan
  2. Sedangmedan di antara dua muatan
  3. Sulitgaya yang saling tegak lurus

Rumus utama

Hukum Coulomb
F = k·|q1q2|/r²
Medan muatan titik
E = k·|q|/r²
Konstanta
k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C²
Gaya pada muatan
F = q·E

Pelajari Hukum Coulomb & medan listrik dari nol

Sebelum ini: Hukum Newton

1Apa yang dilakukan muatan listrik

Gosok balon pada rambut dan balon menempel di dinding. Balon itu telah menerima muatan listrik, dan muatan saling mendorong atau menarik tanpa bersentuhan.

Ada dua jenis muatan, positif dan negatif. Muatan q diukur dalam coulomb (C). Satu coulomb sangat besar, sehingga soal memakai mikrocoulomb: 1 µC = 10⁻⁶ C, dan nanocoulomb: 1 nC = 10⁻⁹ C.

  • Muatan sejenis (+ dan +, atau − dan −) tolak-menolak: saling mendorong.
  • Muatan tak sejenis (+ dan −) tarik-menarik: saling menarik.
++FFr+−FF

Kedua gaya itu selalu sama besar dan berlawanan arah, seperti dinyatakan hukum ketiga Newton.

Tes mandiri Muatan +3 µC berada di dekat muatan −2 µC. Apa yang dilakukan gaya di antara keduanya?
  1. Hanya bekerja pada muatan yang lebih besar
  2. Menarik keduanya mendekat
  3. Mendorong keduanya menjauh
  4. Nol karena muatannya berbeda

Jawaban: Menarik keduanya mendekat. Muatan positif dan negatif adalah muatan tak sejenis, sehingga tarik-menarik. Masing-masing merasakan gaya yang sama besar, menuju yang lain.

2Hukum Coulomb

Besar gaya antara dua muatan titik q₁ dan q₂ pada jarak r adalah:

F = k · |q₁ · q₂| / r² k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C²

Muatan yang lebih besar menghasilkan gaya yang lebih besar. Gaya berkurang dengan kuadrat jarak: jarak dua kali lipat menghasilkan seperempat gaya.

Pakai besar muatan dalam rumus (|…| berarti “tanpa tanda”). Tentukan arahnya secara terpisah: tolak-menolak atau tarik-menarik.

Selalu bekerja dalam satuan SI: muatan dalam C dan jarak dalam m. 5 cm adalah 0,05 m, dan r² menjadi 0,0025 m².

Tes mandiri Dua muatan dipindahkan hingga jaraknya dua kali jarak semula. Apa yang terjadi pada gaya di antara keduanya?
  1. Menjadi 4 kali lebih kecil
  2. Menjadi dua kali lipat
  3. Menjadi setengah
  4. Tetap sama

Jawaban: Menjadi 4 kali lebih kecil. F sebanding dengan 1/r². Menggandakan r membagi gaya dengan 2² = 4. Menjadi setengah berarti gaya berkurang menurut r, bukan r².

3Medan listrik

Sebuah muatan mengubah ruang di sekitarnya. Muatan lain yang ditempatkan di sana merasakan gaya. Medan listrik E menyatakan gaya per coulomb di titik itu, dalam N/C.

E = k · |q| / r² F = q · E

Medan memiliki arah: menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif. Itulah arah dorongan pada muatan uji positif yang kecil.

Dengan dua muatan atau lebih, cari medan masing-masing secara terpisah, lalu jumlahkan sebagai anak panah. Sepanjang satu garis, anak panah searah dijumlahkan dan yang berlawanan arah dikurangkan.

Pada sudut siku-siku, pakai Pythagoras: F = √(F₁² + F₂²).

4Metode ini selangkah demi selangkah

  1. Ubah ke SI: µC × 10⁻⁶ dan nC × 10⁻⁹ menjadi C, cm menjadi m.
  2. Gambar muatan-muatan dan titik yang Anda tinjau.
  3. Cari besar setiap gaya atau medan dengan k·|q₁q₂|/r² atau k·|q|/r². Pakai jarak dari muatan itu ke titik tersebut.
  4. Gambar arah masing-masing: tolak-menolak atau tarik-menarik untuk gaya, menjauhi + dan menuju − untuk medan.
  5. Jumlahkan sebagai anak panah: tambah atau kurangkan sepanjang satu garis, Pythagoras pada sudut siku-siku.
  6. Periksa orde besarnya: gaya antara beberapa µC yang berjarak beberapa cm adalah beberapa newton sampai beberapa ratus newton.

5Contoh soal lengkap

Ikuti setiap langkah. Cobalah menebak langkah berikutnya sebelum membukanya.

Contoh soal

Muatan +2 µC dan muatan −2 µC berjarak 20 cm. Titik P berada di tengah-tengah keduanya. Cari besar medan listrik E di P. Pakai k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

1

Satuan SI

q₁ = 2 × 10⁻⁶ C q₂ = −2 × 10⁻⁶ C r = 0,1 m ke setiap muatan
2

Medan muatan positif

E₁ = 8,99 × 10⁹ · 2 × 10⁻⁶ / 0,1² = 1,798 × 10⁶ N/C

Medan menjauhi muatan positif, jadi ke kanan.

3

Medan muatan negatif

Besar muatan sama dan jarak sama, jadi besarnya sama: E₂ = 1,798 × 10⁶ N/C.

Medan menuju muatan negatif, yang juga ke kanan.

4

Jumlahkan medannya

+−P+2 µC−2 µCE1​E2​10 cm10 cm

Kedua anak panah searah, sehingga dijumlahkan.

E = 1,798 × 10⁶ + 1,798 × 10⁶ = 3,60 × 10⁶ N/C
5

Periksa jawabannya

Jika kedua muatan +2 µC, kedua medan di P akan berlawanan arah dan saling meniadakan hingga nol. Di sini tandanya berbeda, sehingga keduanya dijumlahkan.

Jawaban

E ≈ 3,60 × 10⁶ N/C, menuju muatan negatif.

6Kesalahan umum

  • Membiarkan jarak dalam cm. Jawabannya lalu 10 000 kali terlalu kecil.
  • Lupa mengkuadratkan jarak.
  • Lupa 10⁻⁶ pada µC.
  • Menjumlahkan medan yang berlawanan arah. Gambar anak panahnya terlebih dahulu.
  • Memakai jarak antara kedua muatan, bukan jarak dari setiap muatan ke titik P.
Tes mandiri Muatan 2 µC dan 5 µC berjarak 10 cm. Berapa gaya di antara keduanya? Pakai k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².
  1. 0,899 N
  2. 8,99 N
  3. 8,99 × 10¹² N
  4. 8,99 × 10⁻⁴ N

Jawaban: 8,99 N. F = 8,99 × 10⁹ · 2 × 10⁻⁶ · 5 × 10⁻⁶ / 0,1² = 8,99 N. Memakai r = 10 (cm) menghasilkan 8,99 × 10⁻⁴ N. Tidak mengkuadratkan 0,1 menghasilkan 0,899 N. Menghilangkan 10⁻⁶ menghasilkan 8,99 × 10¹² N.

7Seperti apa soal ujiannya

  • Mudah: gaya antara dua muatan dengan hukum Coulomb, jarak untuk gaya tertentu, medan satu muatan, atau perubahan gaya ketika muatan atau jarak berubah.
  • Sedang: medan di antara dua muatan, titik tempat medan nol, gaya total pada muatan di antara dua muatan lain, atau bola yang berbagi muatan setelah bersentuhan.
  • Sulit: gaya pada sudut siku-siku, medan pada garis bagi tegak lurus, bola bermuatan yang tergantung pada benang, atau elektron yang dibelokkan di antara pelat.

Untuk soal “bagaimana jika”, pakai rasio: melipattigakan satu muatan dan menjadikan jarak setengahnya mengalikan gaya dengan 3/0,5² = 12.

Pelajari selangkah demi selangkah di aplikasiPelajari selangkah demi selangkah di aplikasi

Contoh dengan pembahasan

Contoh 1Mudah
++4 µC++1 µCr = ?

Muatan titik +4 µC dan +1 µC saling memberikan gaya 20 N. Berapa jarak r di antara keduanya? Berikan jawaban dalam cm. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

q1 = +4 µCq2 = +1 µCF = 20 N

Tentukan r (cm)

Tampilkan petunjuk
  1. Susun ulang hukum Coulomb untuk r.
  2. r = √(k·|q₁·q₂|/F).
  3. r² = 0,001798 m².
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Selesaikan untuk jarak

r = √(8,99 × 10⁹·4 × 10⁻⁶·1 × 10⁻⁶/20) = 0,0424 m
r = 4,24 cm

Jawaban

r = 4,24 cm
Contoh 2Sedang
++10 µC−−6 µCr = 40 cm

Dua bola logam kecil yang identik bermuatan +10 µC dan −6 µC. Keduanya disentuhkan lalu dikembalikan pada jarak 40 cm. Cari besar gaya F di antara keduanya sekarang. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

q1 = +10 µCq2 = −6 µCr = 40 cm

Tentukan F (N)

Tampilkan petunjuk
  1. Konduktor identik yang disentuhkan membagi muatan total sama rata.
  2. Setiap bola akhirnya bermuatan (q₁ + q₂)/2.
  3. q′ = +2 µC.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Muatan setelah disentuhkan

q′ = (10 + −6)/2 = 2 µC

Gaya baru

F = 8,99 × 10⁹·(2 × 10⁻⁶)²/0,4² = 0,2247 N

Jawaban

F = 0,2247 N

Kedua bola kini bermuatan sejenis, jadi tolak-menolak.

Contoh 3Sulit
L = 50 cm5°qq

Dua bola kecil identik, masing-masing bermassa 5 g, tergantung dari titik yang sama pada benang isolator sepanjang 50 cm. Keduanya diberi muatan yang sama dan setiap benang menetap pada 5° dari vertikal. Gunakan g = 9,81 m/s². Cari muatan q pada setiap bola dalam nC. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

m = 5 gL = 50 cmθ = 5°g = 9,81 m/s²

Tentukan q (nC)

Tampilkan petunjuk
  1. Setiap bola berada dalam kesetimbangan di bawah gravitasi, tegangan benang, dan tolakan listrik.
  2. tan θ = F/(m·g), dan jaraknya r = 2·L·sin θ.
  3. F = 0,004291 N, r = 0,08716 m.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Gaya listrik dari kesetimbangan

Bagian horizontal tegangan benang mengimbangi F, bagian vertikalnya mengimbangi m·g.

F = m·g·tan θ = 0,005·9,81·tan 5° = 0,004291 N

Jarak pisah

r = 2·L·sin θ = 2·0,5·sin 5° = 0,08716 m

Muatan

F = k·q²/r² → q = r·√(F/k) = 0,08716·√(0,004291/8,99 × 10⁹) = 6,022 × 10⁻⁸ C = 60,22 nC

Jawaban

q = 60,22 nC

Tanya jawab

Apa itu Hukum Coulomb & medan listrik?

Gosok balon pada rambut dan balon menempel di dinding. Balon itu telah menerima muatan listrik, dan muatan saling mendorong atau menarik tanpa bersentuhan.

Ada dua jenis muatan, positif dan negatif. Muatan q diukur dalam coulomb (C). Satu coulomb sangat besar, sehingga soal memakai mikrocoulomb: 1 µC = 10⁻⁶ C, dan nanocoulomb: 1 nC = 10⁻⁹ C.

Bagaimana cara menyelesaikan soal Hukum Coulomb & medan listrik langkah demi langkah?

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Apa kesalahan yang sering terjadi pada Hukum Coulomb & medan listrik?
  • Ambil akar kuadratnya: r = √(k·|q₁·q₂|/F).
  • Itu jarak dalam meter. Ubah ke cm.
  • Itu gaya sebelum disentuhkan. Bola-bola identik membagi muatan total sama rata.
Apa saja yang dilatih dalam soal Hukum Coulomb & medan listrik?
  • Mudah: gaya antara dua muatan
  • Sedang: medan di antara dua muatan
  • Sulit: gaya yang saling tegak lurus

Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya. Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.

Cara kerja latihan

  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Kemajuan, kesalahan, dan soal tersimpan Anda disimpan, sehingga Anda dapat mengulasnya sebelum ujian.

Topik sebelum dan sesudah ini

Pelajari dulu

Hukum Newton

Lanjutkan dengan

Medan magnet & induksi

Kalkulator

Kalkulator hukum Coulomb

Mata kuliah dengan topik ini

Fisika 2: Listrik dan Magnet

Topik lain di Fisika

KinematikaHukum NewtonGerak melingkarMomentum & tumbukanPegas & bandulMedan magnet & induksiGelombang, bunyi & optika

Lembar kerja yang dapat dicetak

Lembar kerja Hukum Coulomb & medan listrik dengan jawaban
Berlatih Hukum Coulomb & medan listrik secara gratisBerlatih Hukum Coulomb & medan listrik sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.