Thursday, June 5, 2014

Listrik Statis, Muatan Listrik, Hukum Coulomb, Bunyi, Rumus, Contoh Soal, Percobaan, Praktikum, Jawaban, Fisika, Gaya Tarik dan Tolak

Listrik merupakan salah satu bentuk energi. Energi listrik telah menjadi bagian penting dalam kehidupan manusia. Dengan adanya revolusi yang dilakukan oleh para ilmuwan pada akhir 1700-an, menimbulkan dampak adanya perubahan kehidupan manusia, yaitu saat ditemukannya suatu metode pemanfaatan daya listrik yang kuat. Dengan adanya revolusi tersebut, saat ini kita dapat menikmati berbagai teknologi karena hampir seluruh peralatan yang digunakan oleh manusia memanfaatkan bantuan energi listrik. Listrik pada dasarnya dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan diam, sedangkan listrik dinamis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan bergerak.


Kata listrik (electricity) berasal dari bahasa Yunani, electron, yang berarti ”amber”. Gejala listrik telah diselidiki sejak tahun 200 SM oleh Thales, seorang ahli filsafat dari Miletus, Yunani Kuno. Dia melakukan percobaan dengan menggosok-gosokkan batu amber pada sepotong kain wol atau bulu halus dan diletakkan di dekat benda ringan seperti bulu ayam. Ternyata bulu ayam tersebut akan terbang dan menempel di batu amber. Sehingga, dapat dikatakan bahwa batu amber menjadi bermuatan listrik. Batang kaca atau penggaris plastik yang digosok dengan kain juga akan menimbulkan efek yang sama seperti yang terjadi pada batu amber, yang sekarang kita sebut dengan istilah listrik statis. Muatan listrik statis dapat dihasilkan dengan menggosok-gosokkan balon ke suatu benda, misalnya kain.
Batu ambar yang digosokkan dengan wol dapat menarik bulu ayam
Gambar 1. Batu ambar yang digosokkan dengan wol dapat menarik bulu ayam. [1]
Perlu diingat bahwa semua benda terbuat dari atom, di mana setiap atom biasanya memiliki jumlah elektron dan proton yang sama. Muatan listrik positif proton dan muatan negatif elektron saling menetralkan. Tapi, jika keseimbangan ini terganggu, benda menjadi bermuatan listrik. Pada kasus balon, jika balon digosok dengan kain, elektron dipindahkan dari atom-atom kain ke atom-atom balon. Balon menjadi bermuatan negatif, dan kain yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif. Muatan tidak sejenis selalu tarik-menarik. Jadi, kain menempel ke balon.

"Peristiwa munculnya muatan listrik pada dua buah yang netral karena saling digosokkan dinamakan elektrifikasi"


Pada tahun 1785, seorang ahli fisika Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb melakukan penelitian mengenai gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang bermuatan listrik. Coulomb menyatakan bahwa besar gaya listrik berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda. Teori ini disebut Hukum Coulomb.
Hukum Coulomb, gaya antara dua muatan titik, q1 dan q2 berjarak r
Gambar 2. Hukum Coulomb, gaya antara dua muatan titik, q1 dan q2 berjarak r.
Gaya tarik dan gaya tolak antara dua muatan listrik dinamakan gaya Coulomb, yang besarnya dapat ditentukan dalam persamaan:
gaya Coulomb
dengan k adalah konstanta pembanding, yaitu:
konstanta pembanding gaya Coulomb
Satuan gaya listrik menurut SI adalah newton (N). Satu newton (1 N) adalah sebanding dengan muatan yang dipindahkan oleh arus satu ampere dalam satu detik.

2.1. Muatan-muatan yang Segaris


Besarnya gaya Coulomb pada suatu muatan yang dipengaruhi oleh beberapa muatan yang sejenis langsung dijumlahkan secara vektor.
Gaya elektrostatis pada tiga muatan
Gambar 3. Gaya elektrostatis pada tiga muatan.
Pada Gambar 3, gaya Coulomb pada muatan q1 dipengaruhi oleh muatan q2 dan q3 adalah F = F12 + F13.

Apabila arah ke kanan dianggap positif dan arah ke kiri negatif, besar gaya Coulomb pada muatan:

F1 = F12 + F13
gaya Coulomb pada muatan
Secara umum, gaya Coulomb dapat dirumuskan:

F = F1 + F2 + F3 + .............................................. (2)

2.2. Muatan-muatan yang Tidak Segaris


Tiga buah muatan q1, q2, q3 ditunjukkan seperti pada Gambar 4.
Gaya elektrostatis pada tiga muatan yang tidak segaris
Gambar 4. Gaya elektrostatis pada tiga muatan yang tidak segaris.
Untuk menentukan gaya Coulomb pada muatan q1 dapat dicari dengan menggunakan rumus kosinus sebagai berikut.
gaya Coulomb pada muatan q1
Contoh Soal 1 :

Dua titik A dan B berjarak 5 meter, masing-masing bermuatan listrik +5 × 10-4 C dan -2 × 10-4 C. Titik C terletak di antara A dan B berjarak 3 m dari A dan bermuatan listrik +4 × 10-5 C. Hitung besar gaya elektrostatis dari C!
Dua titik A dan B berjarak 5 meter
Penyelesaian:

Diketahui:

qA = +5 × 10-4 C
qB = -2 × 10-4 C
qC = +4 × 10-5 C

Ditanya: FC = ....?

Pembahasan:

Muatan qC ditolak qA ke kanan karena sejenis, misal, FAC = F1 dan ditarik muatan qB ke kanan karena berlawanan FCB = F2

F= 20 + 18 = 38 N ke kanan

Jadi, gaya elektrostatis total di C adalah:

Contoh Soal 2 :

Diketahui segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm. Pada titik sudut A dan B masing-masing terdapat muatan +4 μ C dan -1,5 μ C, pada puncak C terdapat muatan +2 × 10-5 C. Hitunglah gaya elektrostatis total di puncak C!
segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm
Penyelesaian:

Diketahui:

qA= 4 μ C = 4 × 10-6 C
qB = -1,5 μ C = -1,5 × 10-6 C
qC = 2 × 10-5 C
a = 3 dm = 3 × 10-1 m

Ditanya: FC = ... ?

Pembahasan :

qA dan qC tolak-menolak dengan gaya F1
gaya elektrostatis total

qB dan qC tarik-menarik dengan gaya F2
Jadi, gaya total di C adalah:
gaya elektrostatis total

Praktikum / Percobaan Fisika Sederhana

Tujuan : Melakukan percobaan Hukum Coulomb.
Alat dan bahan : Dua buah balon dan dinamometer.

Cara Kerja :
percobaan Hukum Coulomb
  1. Ambillah dua buah balon karet statif untuk menggantungkan balon itu lengkap dengan talinya, dan selembar plastik PVC.
  2. Tiup dan gantungkan dua balon pada statif bertali. Jarak antara kedua balon itu pendek.
  3. Setelah balon setimbang diam, lihatlah kedudukan tali lurus atau tidak.
  4. Gosoklah plastik ditempelkan pada kedua balon.
  5. Lepaskan plastik PVC itu, dan lihatlah kedudukan kedua balon itu.
  6. Apa yang menyebabkan kedudukan balon itu renggang?
  7. Berdasarkan persamaan bahwa berat balon = m.g, carilah gaya yang menyebabkan kedua balon renggang!
  8. Setelah balon kembali ke kondisi normal, ambillah sebuah dinamometer.
  9. Dengan kekuatan kecil, tariklah sebuah balon itu mendatar sampai sejauh seperti kedudukan ketika terjadi gaya tolak-menolak (1/2 R), apa yang dapat dinyatakan dengan gaya ini?
  10. Masukkan data-data yang didapat ke dalam tabel berikut ini.
m
mg
R
F g
Fdinamometer






Diskusi :
  1. Apa yang dapat disimpulkan dari percobaan ini?
  2. Bilamana besar kedua muatan balon tersebut adalah sama Q, carilah besarnya!
Anda sekarang sudah mengetahui Listrik Statis. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] http://oldsite.thebakken.org/electricity/science-of-static.html

No comments:

Post a Comment

Berkomentarlah secara bijak. Komentar yang tidak sesuai materi akan dianggap sebagai SPAM dan akan dihapus.
Aturan Berkomentar :
1. Gunakan nama anda (jangan anonymous), jika ingin berinteraksi dengan pengelola blog ini.
2. Jangan meninggalkan link yang tidak ada kaitannya dengan materi artikel.
Terima kasih.