Gaya Coulomb

 Ringkasan Materi Gaya Coulomb

Apa itu Gaya Coulomb?

Gaya Coulomb adalah gaya tarik-menarik atau tolak-menolak yang terjadi antara dua benda bermuatan listrik. Besarnya gaya ini dipengaruhi oleh besarnya muatan kedua benda dan jarak antara keduanya.

Bunyi Hukum Coulomb:

"Besarnya gaya listrik antara dua muatan sebanding lurus dengan hasil kali nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut."

Rumus Gaya Coulomb:

F = k * (q1 * q2) / r²

• F: Gaya Coulomb (Newton)
• k: Konstanta Coulomb (sekitar 9 x 10⁹ Nm²/C² di udara)
• q1 dan q2: Besar muatan masing-masing benda (Coulomb)
• r: Jarak antara kedua muatan (meter)

Perhatikan:

• Muatan sejenis: Tolak-menolak
• Muatan berlainan: Tarik-menarik

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Coulomb:

• Besar muatan: Semakin besar muatan, semakin besar gaya Coulomb.
• Jarak: Semakin jauh jarak, semakin kecil gaya Coulomb.
• Medium: Jenis medium di antara kedua muatan juga mempengaruhi besarnya gaya Coulomb.

Contoh Soal dan Penyelesaian

Soal 1:

Dua muatan listrik masing-masing sebesar 3 x 10^-6 C dan 2 x 10^-6 C terpisah sejauh 5 cm di udara. Hitunglah besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

q1 = 3 x 10^-6 C

q2 = 2 x 10^-6 C

r = 5 cm = 0,05 m

k = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Ditanya: F = ?

Jawab:

F = k x (q1 x q2) / r²

  = 9 x 10⁹ x (3 x10^-6 x 2 x10^-6)/(0,05)²

  = 21,6 N

Jadi, besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah 21,6 N. Karena kedua muatan berlawanan jenis, maka gaya yang terjadi adalah tarik-menarik.

Soal 2:

Dua muatan sejenis masing-masing sebesar 4 x 10^{^-6} C terpisah sejauh 10 cm. Berapa jarak kedua muatan agar gaya Coulomb yang bekerja menjadi 4 kali semula?

Penyelesaian:

Cara 1: Menggunakan perbandingan Karena gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, maka untuk gaya menjadi 4 kali semula, jarak harus menjadi setengahnya. Jadi, jarak baru adalah 10 cm / 2 = 5 cm.

Cara 2: Menggunakan rumus Misalkan jarak awal r1 dan jarak baru r2.

F2/F1 = (r1²/r2²)

4 = (10²/r2²)

(r2)² = 100/4

(r2)² = 25

 r2 = 5 cm

Jadi, jarak kedua muatan agar gaya Coulomb menjadi 4 kali semula adalah 5 cm.

Soal Latihan

No.	Q1 (µC)	Q2 (µC)	r	F
1.	5	8	4 mm	................N
2.	10	4	2 mm	................N
3.	20	10	................mm	450.000 N
4.	10	4	................mm	90.000N
5.	.......................	10	2 cm	450 N
6.	2	8	2 cm	................N
7.	3	4	3 cm	................N
8.	2	25	5 cm	................N

Hukum Pascal

Hukum Pascal: Pengertian dan Rumus

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan besar yang sama.  

Secara matematis, Hukum Pascal dapat dirumuskan sebagai berikut:

P1 = P₂

di mana:

• P1 = tekanan pada penampang pertama
• P₂ = tekanan pada penampang kedua

Karena tekanan dapat didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, maka rumus di atas dapat dikembangkan menjadi:

F1 / A1 = F₂ / A₂

di mana:

• F1 = gaya pada penampang pertama
• A1 = luas penampang pertama
• F₂ = gaya pada penampang kedua
• A₂ = luas penampang kedua

Penerapan Hukum Pascal

Hukum Pascal banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada:

• Dongkrak hidrolik: Digunakan untuk mengangkat beban berat dengan gaya yang relatif kecil.
• Rem hidrolik: Menerapkan tekanan pada minyak rem untuk menghentikan laju kendaraan.
• Lift hidrolik: Mengangkat beban berat dengan memanfaatkan tekanan zat cair.

Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh 1

Sebuah dongkrak hidrolik memiliki luas penampang kecil 10 cm² dan luas penampang besar 200 cm². Jika gaya yang diberikan pada penampang kecil sebesar 50 N, berapakah beban maksimum yang dapat diangkat oleh dongkrak tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

• A1 = 10 cm²
• A₂ = 200 cm²
• F1 = 50 N

Ditanya: F₂

Penyelesaian:

F1 / A1 = F₂ / A₂

50 N / 10 cm² = F₂ / 200 cm²

F₂ = (50 N x 200 cm²) / 10 cm²

F₂ = 1000 N

Jadi, beban maksimum yang dapat diangkat adalah 1000 N.

Contoh 2

Sebuah mobil seberat 12.000 N diangkat menggunakan dongkrak hidrolik. Jika luas penampang kecil dongkrak 25 cm² dan luas penampang besar 500 cm², berapakah gaya yang harus diberikan pada penampang kecil untuk mengangkat mobil tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

• A1 = 25 cm²
• A₂ = 500 cm²
• F₂ = 12.000 N

Ditanya: F₁

Penyelesaian:

F1 / A1 = F₂ / A₂

F1  / 25 cm² = 12.000 N/500 cm²

F1  = (12.000 N x 25 cm²)/500 cm²

F1   = 600 N

Jadi, gaya yang harus diberikan pada penampang kecil untuk mengangkat mobil tersebut adalah 600 N.

Soal Latihan 

No	F1	A1	F2	A2
1.	50N	20 cm2	4800N	.................cm2
2.	20N	5 cm2	1200N	.................cm2
3.	40N	10 cm2	1600N	.................cm2
4.	25N	.................cm2	4000N	500 cm2
5.	80N	.................cm2	2500N	400 cm2
6.	100N	.................cm2	2000N	250 cm2
7.	.................N	10 cm2	5000N	500 cm2
8.	.................N	20 cm2	4000N	250 cm2
9.	20N	25 cm2	.................N	100 cm2
10.	40N	100 cm2	.................N	1600 cm2