Latihan soal fisika dengan pembahasan lengkap materi: Listrik Statis (part 1)

Listrik statis merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 12 semester 1, tidak sedikit siswa yang merasa kurang memahami materi ini terutama ketika disajikan soal-soal yang aplikatif, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal tentang materi fisika listrik statis beserta pembahasannya secara terperinci, bisa dijadikan latihan untuk para siswa agar lebih memahami materi listrik statis atau referensi oleh guru dalam membuat soal ulangan. Soal yang disajikan memiliki banyak tipe soal yang diambil dari soal-soal ujian masuk atau UN sehingga cocok untuk dibuat belajar menjelang ulangan harian atau akan mengikuti tes. Sebelum melanjutkan membaca latihan soal ini, ada baiknya membaca dulu konsep rahasia perbandingan untuk menyelesaikan soal fisika karena itu merupakan salah satu konsep yang sangat berguna dalam menyelesaikan latihan soal tentang materi fisika listrik statis ini. Selamat menikmati 

Soal pilihan ganda

Soal nomor 1
Dua buah muatan Q₁ dan Q₂ masing-masing +2 μC dan -8 μC dipisahkan sejauh 4 cm satu sama lain. Jika nilai k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2, maka besar dan arah gaya elektrostatis yang dialami kedua muatan adalah ....
A. 50 N tarik menarik
B. 90 N tolak menolak
C. 90 N tarik menarik
D. 180 N tolak menolak
E. 180 N tarik menarik

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 1:

Karena kedua muatan berlawanan jenis, maka gaya elektrostatisnya akan saling tarik – menarik (perhatikan jawaban A, C, E). Besarnya gaya elektrostatis dapat ditentukan dengan persamaan hukum Coulomb sebagai berikut

Jadi besar gaya elektrostatisnya sebesar 90N

Soal nomor 2

perhatikan gambar berikut!

Tiga partikel A, B, dan C terletak pada satu garis lurus seperti gambar di atas. Muatan partikel A = +18 μC, partikel B = -3 μC, dan partikel C = -12 μC. Jarak partikel A ke B = 3 m, sedangkan jarak B dan C = 2 m. besar gaya coulomb yang bekerja pada partikel B adalah ....
A. 0,027 N
B. 0,054 N
C. 0,065 N
D. 0,081 N
E. 0,135 N
Kunci jawaban : "E"

pembahasan soal nomor 2:

gaya interaksi antar muatannya dapat diilustrasikan sebagai berikut

Karena kedua gaya yang bekerja pada muatan B searah, maka untuk menentukan resultan gayanya dapat dilakukan dengan cara

Jadi resultan gaya yang bekerja pada muatan B sebesar 0,135 N dengan arah ke kiri (menuju muatan A)

Soal nomor 3

Dua benda bermuatan listrik Q₁ dan Q₂ berjarak r cm menimbulkan gaya tolak-menolak sebesar 10 newton. Kemudian muatan Q₁ digeser sehingga gaya yang timbul menjadi 40 newton. Konstanta k = 9.109 N.m^-2.C^-2, maka muatan Q₁ harus dipindahkan sebesar ....
A. ½ r menjauhi Q₂
B. ½ r mendekati Q₂
C. 1 r menjauhi Q₂
D. 2 r mendekati Q₂
E. 2 r menjauhi Q₂
Kunci jawaban : "B"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan hukum Coulomb

Jaraknya menjadi setengah kali semula (mendekati Q₂)

Soal nomor 4

Muatan A dan B terpisah 2,0 m, muatan A adalah +1,0 C dan muatan B adalah +2,0 C. Muatan C (+2,0 C) diletakkan diantara keduanya pada suatu titik tertentu, sehingga gaya pada C adalah nol, jarak muatan C itu dari muatan A adalah ....
A. 1,0 m
B. 0,83 m
C. 0,67 m
D. 0,50 m
E. 0,36 m
Kunci jawaban : "B"

pembahasan soal nomor 4:

Soal di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas terlihat muatan C mendapatkan dua gaya elektrostatis yakni dari muatan A dan muatan B yang keduanya memiliki arah saling tola – menolak (karena muatannya sejenis). Gaya resultan gaya pada muatan C sama dengan nol maka kedua gaya ini harus sama besar dan berlawanan arah, sehingga secara matematis dapat ditulis

Jadi jarak muatan C dari muatan A adalah 0,83 m

Soal nomor 5

Perhatikan grafik gaya listrik F terhadap jarak r antar dua muatan Q₁ dan Q₂ berikut ini!

Konstanta Coulomb k = 9 x 10⁹ N.m^-2.C^-2, dan besar muatan Q₂ = 2Q₁, maka besar muatan Q₁ dan Q₂ adalah .....
A. Q₁ = 2 C dan Q₂ = 4 C
B. Q₁ = 1 C dan Q₂ = 2 C
C. Q₁ = 1/2 C dan Q₂ = 1 C
D. Q₁ = 1/4 C dan Q₂ = 1/2 C
E. Q₁ = 1/8 C dan Q₂ = 1/4 C
Kunci jawaban : "B"

pembahasan soal nomor 5:

Ambil salah satu koordinat pada grafik, misal untuk r = 1 m maka F = 18 . 10⁹ N. Hukum Coulomb dapat ditulis

Jadi besar muatan Q₁ = 1 C dan Q₂ = 2 C

Soal nomor 6

Dua bola konduktor identik A dan B bermuatan sama besar. Kedua muatan tersebut dipisahkan pada jarak tertentu yang jauh lebih besar dari diameter kedua bola sehingga menghasilkan gaya listrik diantara keduanya sebesar F. Bola konduktor ketiga C yang juga identik dan tidak bermuatan. Bola C pertama-tama ditempelkan ke bola A kemudian ditempelkan ke bola B dan dipisahkan. Besar gaya listrik antara bola A dan bola B sekarang sama dengan ....
A. 0
B. F/16
C. F/4
D. 3F/8
E. F/2
Kunci jawaban : "D"

pembahasan soal nomor 6:

Keadaan awal sebelum ada bola C, gaya listrik antara bola A dan bola B secara matematis dapat ditulis

Saat bola C ditempelkan ke bola A terjadi perpindahan muatan dari bola A ke bola C sampai potensial kedua bola sama. ketika potensial kedua bola sama maka setelah bersentuhan muatan kedua bola juga sama (dengan ukuran kedua bola juga sama). secara matematis dapat ditentukan besar muatan kedua bola setelah ditempelkan adalah

Setelah ditempelkan di bola A, bola C kemudian ditempelkan ke bola B, dengan konsep yang sama seperti di atas dapat ditentukan besar muatan bola B setelah ditempelkan bola C adalah

Jadi gaya listrik antara bola A dan bola B sekarang adalah 3F/8

Soal nomor 7

perhatikan gambar berikut!

Apabila nilai k = 9 x 10⁹ N²m²C^-2, besar dan arah kuat medan listrik di titik A yang berada pada jarak 9 cm dari muatan Q adalah ....
A. 3,3 x 10⁶ N/C mendekati Q
B. 3,3 x 10⁶ N/C menjauhi Q
C. 6,7 x 10⁶ N/C mendekati Q
D. 6,7 x 10⁶ N/C menjauhi Q
E. 5,0 x 10⁶ N/C menjauhi Q
Kunci jawaban : "B"

pembahasan soal nomor 7:

Karena medan listrik memiliki arah keluar dari muatan positif kemudian masuk muatan negatif, maka dapat dikatakan arah kuat medan listrik di titik A menjauhi muatan Q (perhatikan jawaban B, D, E). Besar medan listrik pada titik A dapat ditentukan sebagai berikut!

Jadi medan listrik di titik A karena muatan Q sebesar 3,3 . 10⁷ N/C dengan arah menjauhi muatan Q

Soal nomor 8

Grafik yang menunjukkan besar medan listrik pada sebuah bola konduktor berongga dengan jari – jari R yang benar adalah .....

Kunci jawaban : "A"

pembahasan soal nomor 8:

Medan listrik dalam bola konduktor berongga sama dengan nol (E = 0, untuk r < R), dan E = kq/r² untuk r ≥ R dimana medan listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

Soal nomor 9
Dua buah muatan identik yang memiliki muatan sebesar q tapi berlainan jenis diletakkan seperti gambar dibawah

Berdasarkan gambar di atas, titik yang memiliki medan listrik paling besar adalah ....

A. A
B. B
C. C
D. D
E. E
Kunci jawaban : "A"

pembahasan soal nomor 9:

Arah medan listrik adalah keluar dari muatan positif masuk ke muatan negatif, sehingga pada masing-masing titik akan dipengaruhi medan listrik dari kedua muatan yang dapat digambarkan sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas, terlihat bahwa pada titik A mendapat medan listrik dari kedua muatan dengan arah yang sama (E₁ searah dengan E₂) dan memiliki jarak yang paling dekat dari kedua muatan (d). oleh karena itu medan listrik di titik A adalah yang paling besar diantara titik yang lainnya.

Soal nomor 10

Dua buah partikel A dan B masing-masing bermuatan listrik +20 μC dan +45 μC terpisah dengan jarak 15 cm. jika C adalah titik yang terletak di antara A dan B sedemikian sehingga medan di C sama dengan nol, maka letak C dan A (dalam cm) adalah ....

A. 2
B. 3
C. 4
D. 6
E. 9
Kunci jawaban : "D"

pembahasan soal nomor 10:

Soal di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut

Karena medan listrik di titik C sama dengan nol hal ini berarti resultan medan listrik di titik C juga sama dengan nol atau dengan kata lain medan listrik di titik C karena muatan A (E_CA) sama besar dan berlawanan arah dengan medan listrik di titik C karena muatan B (E_BC) secara matematis dapat ditulis

jadi jarak titik C dengan muatan
Jurus jitu:
untuk soal tentang perbandingan, satuan besaran tidak harus dinyatakan dalam satuan SI, tapi yang paling penting besaran – besaran yang dibandingkan n (dalam soal di atas satuan muatan tidak diubah ke C dan satuan jarak tidak diubah ke m)

Soal nomor 11
Pada dua titik sudut segitiga sama sisi dengan panjang sisi 30 cm diletakkan dua muatan listrik yang besarnya sama yaitu 0,9 µC, maka resultan kuat medan listrik pada titik sudut ketiga adalah .... (k – 9.10⁹ Nm².C^-2)
A. 0,9√3 x 104 N.C^-1
B. 3,0√3 x 104 N.C^-1
C. 4√3 x 104 N.C^-1
D. 6√3 x 104 N.C^-1
E. 9√3 x 104 N.C^-1
Kunci jawaban : "E"

pembahasan soal nomor 11:

Soal di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut

Karena besar muatan dan jarak dari muatan ke titik sudut ketiga, maka E₁ = E₂ = E

Jadi kuat medan listrik total pada titik sudutnya adalah 9√3 x 10⁴ N.C^-1

Soal nomor 12

Dua buah partikel bermuatan diletakkan pada sudut segitiga siku-siku seperti tampak pada gambar berikut ini.

Besar kuat medan listrik total pada titik P adalah ....
A. kQ/r²
B. 2kQ/r²
C. 5kQ/r²
D. 2kQ/5r²
E. kQ/2r²
Kunci jawaban : "D"

pembahasan soal nomor 12:

Gambarkan arah medan listrik di titik P karena muatan pertama dan kedua seperti pada gambar berikut

Kita dapat menentukan terlebih dahulu besar medan listrik di titik P karena muatan +3q dimisalkan (E₁) dan karena muatan +4q,
E₁ = kq/r²
E₁ = 3kq/r²
E₂ = kq/r²
E₂ = 4kq/r²
kemudian dengan persamaan phytagoras kita dapat menentukan besarnya medan listrik total di titik P,

Jadi kuat medan listrik di titik P adalah 5kQ/r²

Soal nomor 13

Untuk memindahkan muatan positif 25 μC dari titik yang berpotensial 15V ke suatu titik yang potensialnya 75V dibutuhkan usaha sebesar ....
A. 0,0015 J
B. 0,015 J
C. 0,15 J
D. 150 J
E. 1500 J
Kunci jawaban : "A"

pembahasan soal nomor 13:

W = ΔV . q
W = (75 – 25) . 25 x 10^-6
W = 50 . 25 x 10^-6
W = 1500 x 10^-6
W = 0,0015 J

Soal nomor 14

Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar di atas, energi potensial dari sebuah muatan +q yang diletakkan di titik P sebesar ....
A. 0
B. (√2/4πε₀)(qQ/ d)
C. (1/4πε₀)(qQ/ d)
D. (2/4πε₀)(qQ/ d)
E. 2(√2/4πε₀)(qQ/ d)
Kunci jawaban : "D"

pembahasan soal nomor 14:

Karena energi potensial merupakan besaran skalar, maka Energi potensial listrik dapat ditentukan dengan cara

Soal nomor 15

Grafik yang menunjukkan besar potensial dari bola berongga yang berjari-jari r dari pusat bola adalah ....

Kunci jawaban : "B"

pembahasan soal nomor 15:

Potensial listrik di dalam bola konduktor berongga adalah V = kq/R (untuk r ≤ R) yang artinya potensial listrik dari pusat bola hingga kulitnya bernilai konstan, sedangkan untuk nilai r ≥ R berlaku V = kq/R, dimana potensial berbanding terbalik dengan jarak

Soal nomor 16
Dua buah elektron dengan e = 1,6 x 10^-19 C dan m_e = 9,1 x 10^-31 kg dilepaskan dari keadaan diam dengan kedua muatan berjarak 2 x 10^-14 m. Kecepatan elektron saat keduanya berjarak 5 x 10^-14 m adalah ....
A. 0,02 x 10⁸ m/s
B. 0,2 x 10⁸ m/s
C. 0,3 x 10⁸ m/s
D. 0,5 x 10⁸ m/s
E. 0,84 x 10⁸ m/s
Kunci jawaban : "E"

pembahasan soal nomor 16:

Berdasarkan soal maka fenomena yang terjadi adalah terjadi usaha untuk mengubah energi kinetik kedua elektron sehingga secara matematis dapat ditulis
W = ΔEK (energi kinetik awal sama dengan nol, karena mula-mula elektron diam)
ΔV.q = EK (energi kinetik akhir kedua muatan)

Jadi kecepatan elektron saat ini adalah 0,84 x 10⁸ m/s

Soal esai

Soal nomor 1
Dua buah muatan masing-masing besarnya q₁ = 0,09 C dan q₂ = 0,01 C yang terpisah sejauh l = 1 m. muatan ketiga Q diletakkan diantara kedua muatan tersebut dengan jarak x dari muatan q₁. Tentukan nilai Q dan x sehingga tidak ada gaya yang bekerja pada muatan Q !

pembahasan soal nomor 1:

Soal tersebut dapat diilustrasikan sebagai berikut

Karena tidak ada gaya yang bekerja pada muatan ke tiga, maka sistem dalam keadaan seimbang, sehingga resultan gaya yang bekerja pada muatan q₁ dan q₂ sama dengan nol. Secara matematis dapat ditulis.
Resultan pada muatan 1 (karena masih tidak diketahui jenis muatan Q, maka resultan ditulis dengan tanda (+)

Resultan pada muatan 2 (karena masih tidak diketahui jenis muatan Q, maka resultan ditulis dengan tanda (+)

Dengan mengeliminasi (q₁q₂/l₂) pada persamaan (1) dan (2) maka didapatkan

Dengan mensubstitusikan ke pers (1) maka didapatkan

Jadi besar muatan ketiga adalah -5,6 x 10_-3 dan berjarak 0,75 m dari muatan pertama

Soal nomor 2
Pada keempat titik sudut sebuah persegi yang panjang sisinya 30 cm terdapat muatan berturut-turut q₁ = +5 μC, q₂ = +5 μC, q₃ = -5 μC, dan q₄ = -5 μC. Tentukan besar dan arah gaya yang bekerja pada muatan +5 μC yang diletakkan pada pusat persegi!

pembahasan soal nomor 2:

Soal di atas dapat diilustrasikan sebagai berikut

Berdasarkan gambar di atas, muatan kelima (q₅) akan mendapatkan gaya listrik dari keempat muatan yang lainnya seperti pada gambar tersebut.

Jurus jitu :
Perhatikan besar muatan semua muatan sama dan jarak antar muatan juga sama sehingga F₅₁ = F₅₂ = F₅₃ = F₅₄ = F₅

Panjang diagonal persegi adalah 30√2 cm, sehingga
r = setengah diagonal = 15√2 m
r = 15√2 x 10^-2 m
besar F₅

Sehingga
F_A = F₅₁ + F₅₃ = 5 + 5 = 10 N
F_B = F₅₂ + F₅₄ = 5 + 5 = 10 N
Maka resultan gaya pada muatan 5 adalah
F_R² = F_A² + F_B²
F_R² = 5² + 5²
F_R = 5√2 N

Untuk arahnya F₅
α = tan^-1(FB/FA)
α = tan^-1(5/5)
α = tan^-1 1
α = 45⁰

Soal nomor 3

perhatikan gambar berikut ini!

Dua buah bola konduktor identik yang memiliki massa sebesar m dan muatan sebesar q digantung pada tali sepanjang L seperti pada gambar di atas. jika pada saat sudut yang terbentuk sebesar θ kedua muatan berada dalam kesetimbangan tentukan nilai x !
(asumsikan bahwa sudut yang terbentuk kecil sehingga berlaku tan θ ≈ sin θ!

pembahasan soal nomor 3:

gaya – gaya yang bekerja pada sistem dapat digambarkan sebagai berikut

Karena sistem berada dalam keadaan setimbang maka dapat kita tuliskan bahwa
Fc = T sin θ
Fc/T = sin θ
dan
mg = T cos θ
mg/T = cos θ
sehingga

Soal nomor 4

Selembar karton dengan luas 3,2 m² diputar dengan poros timur-barat dalam suatu daerah yang memiliki medan listrik homogen dengan E = 6,2 x 10⁵ N/C horizontal ke utara. Tentukan fluks listrik yang menembus bidang karton ketika karton dalam kedudukan:
(a) horizontal
(b) vertikal
(c) miring membentuk sudut π/6 rad terhadap arah utara

pembahasan soal nomor 4:

Persamaan untuk fluks listrik adalah
Φ = E A cos θ
Dimana E menyatakan medan listik, A menyatakan luas penampang dan θ adalah sudut yang terbentuk antara medan listrik dengan garis normal bidang. Berdasarkan soal dapat diketahui bahwa
Medan listrik memiliki arah ke utara, Sumbu putar bidang sejajar dengan arah timur-barat, maka besar fluks listriknya dapat ditentukan sebagai berikut

(a) horizontal
Ketika posisi bidang horizontal, maka garis normalnya akan vertikal (garis normal selalu tegak lurus bidang) dan medan listriknya searah horizontal ke utara sehingga keduanya akan saling tegak lurus (θ = 90⁰)
Φ = E A cos θ
Φ = 6,2 x 10⁵ . 3,2 . cos 90⁰
Φ = 0

(b) vertikal
Ketika posisi bidang vertikal, maka garis normalnya akan horizontal dan medan listriknya juga horizontal sehingga keduanya akan sejajar atau berhimpit (θ = 0⁰)
Φ = E A cos θ
Φ = 6,2 x 10⁵ 3,2 cos 0⁰
Φ = 19,8 x 10⁵ Wb

(c) membentuk sudut π/6 (30⁰)
Ketika posisi bidang membentuk sudut 30⁰ terhadap arah utara (horizontal), maka garis normalnya akan membentuk sudut 60⁰ terhadap arah horizontal dan medan listriknya berarah horizontal, sehingga keduanya akan membentuk sudut 60⁰
Φ = E A cos θ
Φ = 6,2 x 10⁵ . 3,2 . cos 60⁰
Φ = 9,9 Wb

Soal nomor 5

perhatikan gambar berikut!

Dua muatan q₁ = 5 x 10^-8 C dan q₂ = -5 x 10^-8 C terpisah pada jarak d = 12 m. hitung potensial listrik di titik A dan B pada gambar.

pembahasan soal nomor 5:

Konsep:
Potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak mempunyai arah, sehingga arahnya tidak perlu diperhatikan (berbeda dengan gaya listrik dan medan listrik) meskipun begitu dalam menentukan potensial listrik dari beberapa muatan perlu diperhatikan jenis muatannya (proton atau elektron) karena hal ini diperhitungkan ketika akan menentukan besar potensial listrik.
Pada soal ini muatan yang digunakan adalah muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron), sehingga potensial listrik untuk masing-masing titik dapat ditentukan dengan cara
Potensial listrik di titik A
r₁ = r₂ = ¾ d
r₁ = r₂ = ¾ . 12
r₁ = r₂ = 9 m
maka

Potensial listrik di titik B

Jadi besar potensial listrik di titik A sebesar 0 V dan potensial listrik di titik B sebesar -300V

Demikian soal latihan beserta pembahasannya tentang materi fisika listrik statis untuk kelas 12, sedikit yang bisa saya tuliskan ini semoga bisa memberikan manfaat bagi para pembaca sekalian. Jika berkenan bisa subscribed blog ini, atau memberikan kritik, saran dan pendapat di kolom komentar di bawah. Terima kasih

baca juga : 

Materi fisika kelas 12 : Rangkaian seri RLC

Latihan soal fisika materi : Rangkaian seri RLC

Pembahasan soal UN 2019

Pembahasan soal SBMPTN 2018 kode 460