Hukum Coulomb pertama kali dikemukakan oleh Charles Augustin de Coulomb seorang fisikawan asal Perancis pada tahun 1785,
atas jasanya dibidang fisika nama Coulomb dijadikan menjadi satuan muatan listrik dan gaya listrik disebut juga gaya Coulomb.
Beliau, meneliti terkait dengan hubungan antara besar gaya listrik dengan besar muatan dan jarak antar muatan.
Penelitian yang dilakukan oleh Charles Coulomb, pada akhirnya menyimpulkan bahwa “Besarnya gaya interaksi antar muatan listrik
sebanding dengan besar muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya”. Pernyataan di atas tersebut kemudian
hukum Coulomb yang mana secara matematis dituliskan sebagai berikut
Keterangan :
FC = Gaya Listrik / Gaya Coulomb (N)
k = konstanta (Nm2/C2)
q12 = besar muatan (C)
r = jarak antar muatan (m)
ε0 = Permivitas ruang hampa (Nm2/C2)
jika kedua muatan berada dalam medium selain vakum atau udara, permivitas medium ε dihitung dengan persamaan berikut
Dengan εr permivitas relatif atau tetapan dielektrik
Nah, ketika melihat suatu persamaan fisika kebanyakan siswa akan merasa sulit dihafal, bingung menghitungnya, dsb.
Untuk mengatasi hal tersebut kita bisa menggunakan teknik “jembatan keledai” dengan membuat sebuah kalimat dari rumus
di atas agar mudah diingat, misalkan rumus di atas dapat dibuat sebuah kalimat “KaQiQuRemuk2”, silahkan membuat kalimat-kalimat
lain yang sekiranya mudah dihafal.
Sekarang mari kita lakukan analisis dari gaya listrik sesuai hukum Coulomb di atas, perhatikan gambar berikut
(a) dua muatan yang berlawanan jenis timbul gaya listrik yang saling tarik-menarik
(b) dua muatan yang sejenis timbul gaya listrik yang saling tolak-menolak
Berdasarkan gambar di atas, maka kita dapat mengetahui bahwa arah gaya listrik bisa berubah bergantung pada jenis muatan yang berinteraksi, Perhatikan pula indeks yang dituliskan pada gaya listrik di atas bermakna F12 adalah gaya yang bekerja pada muatan 1 karena muatan 2, F21 adalah gaya yang bekerja pada muatan 2 karena muatan 1. Definisi tersebut merupakan implikasi karena berlakunya Hukum III Newton tentang gaya Aksi-Reaksi. Jadi dapat dikatakan bahwa, gaya listrik yang timbul antara dua muatan merupakan pasangan gaya Aksi-Reaksi. Lebih jauh, jika diperhatikan lagi hukum Coulomb ini perlu diperhatikan 2 point utama
- Gaya listrik sebanding dengan besar muatan Semakin besar muatan yang berinteraksi, maka gaya listrik yang timbul akan semakin besar, begitu pula sebaliknya
- Gaya listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak Semakin jauh jarak antara muatan listrik, maka besar gaya listriknya akan semakin kecil
Indeks “B” untuk keadaan akhir dan indeks “A” untuk keadaan awal, Silahkan dibuktikan sendiri ya ….
Penting !!
Persamaan perbandingan dapat dipahami dengan mudah dengan memperhatikan sifat kesebandingan dan indeks yang dituliskan.
Jika dua besaran sebanding maka penulisan indeksnya tetap (antara gaya “F” dengan besar muatan “q”) dan jika dua besaran
berbanding terbalik maka penulisan indeksnya dibalik (antara gaya “F” dan jarak “r”).
Satu konsep lagi yang perlu diperhatikan dalam menggunakan hukum Coulomb ini yakni bahwa gaya listrik merupakan besaran vector,
sehingga dalam analisisnya kita juga harus mematuhi kaidah – kaidah atau konsep yang berlaku di besaran vektor.
Nah untuk lebih memahami penggunaan hukum Coulomb ini perhatikan beberapa contoh soal berikut ini
Contoh Soal
soal 1
Dua bola X dan Y terpisah sejauh 9 m. muatan pada bola X adalah 3 μC dan muatan pada bola Y adalah 1 μC.
Jika F adalah besar gaya X pada Y, nilainya adalah ….
A. k x 10-12 N
B. 1/3 k x 10-12 N
C. 1/9 k x 10-12 N
D. 1/27 k x 10-12 N
E. 1/81 k x 10-12 N
Kunci jawaban : “D”
Dua bola bermuatan kecil terpisah sejauh 0,05 m dan saling tola-menolak dengan gaya 18 x 10-4 N. ketika bola bermuatan terpisah sejauh 0,15 m dalam medium yang sama, gaya tolak-menolak sebesar ….
A. 1 x 10-4 N
B. 2 x 10-4 N
C. 3 x 10-4 N
D. 6 x 10-4 N
E. 8 x 10-4 N
Kunci jawaban : “B”
Total dua muatan q1 dan q2 adalah 5 μC, jika kedua muatan tersebut dipisahkan sejauh 3 m, setiap muatan akan merasakan gaya listrik sebesar 4 mN. Besar q1 dan q2 berturut-turut adalah ….
A. -4μC dan 10μC
B. 3μC dan 3μC
C. 4μC dan 2μC
D. 5μC dan 1μC
E. 8μC dan -2μC
Kunci Jawaban :
Muatan +Q coulomb ditempatkan di x = -1 m dan muatan -2Q coulomb ditetapkan di x = +1 m. Muatan uji +q coulomb yang diletakkan di sumbu X akan mengalami gaya total nol jika ia diletakkan di x = ….
A. –(3 + √8) m
B. -1/3 m
C. 0 m
D. 1/3 m
E. (3 + √8) m
Kunci jawaban :
Tiga muatan sejenis dan sama besar Q terletak pada satu bidang. Jika pusat-pusat tiap muatan dihubungkan terbentuk segitiga sama sisi dengan panjang sisi 2a. besar gaya Coulomb yang dialami oleh salah satu muatan dinyatakan dalam, k, Q, dan a adalah …..
A. (kQ2/a2) √3
B. (kQ2/2a2) √3
C. (kQ2/3a2) √3
D. (kQ2/4a2) √3
E. (kQ2/5a2) √3
Kunci Jawaban : “D”
Dua muatan masing-masing 8μC dan 2 μC diletakkan pada sumbu X pada jarak 6 m satu sama lain. Muatan pertama terletak pada pusat koordinat. Agar sebuah muatan negative tidak mengalami gaya sedikitpun, maka muatan ini harus diletakkan pada posisi ….
A. X = - 4m
B. X = - 2m
C. X = 2m
D. X = 4m
E. X = 8m
Kunci Jawaban : “C”