SOAL DAN PENYELESAIAN LISTRIK STATIS
1. Apabila sebuah partikel bemuatan 4 x 10-19 C ditempatkan dalam medan listrik homogen yang kuat medannya 1,2 x 10-5 N/C, maka partikel tersebut akan mengalami gaya Coulomb sebesar .....
A. 5,2 x 10-14 N
C. 4,8 x 10-14 N
E. 4,8 x 10-24 N
B. 3,0 x 10-23 N
D. 3,3 x 10-24 N
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ F=q.E \\ F=4.10^{-19}x1,2.10^{-5}\\ F=4,8.10^{-24}N\]
2. Dua buah muatan titik bermuatan listrik berjarak r dan saling tarik-menarik dengan gaya F. Jika masing-masing muatan dijadikan 3 x semula, agar besar gaya tetap F, maka jarak antara kedua muatan menjadi.....
A. 9 kali
B. ⅓ kali
C. 6 kali
D. 1⁄9 kali
E. 3 kali
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \frac{F_{1}}{F_{2}}=\frac{q_{1}q_{2}}{q_{1}^{'}q_{2}^{'}}\left ( \frac{R_{2}}{R_{1}} \right )^{2} \\ \frac{F}{F}=\frac{q_{1}q_{2}}{3q_{1}.3q_{2}}\left ( \frac{R_{2}}{R_{1}} \right )^{2} \\ \\ \left ( \frac{R_{2}}{R_{1}} \right )^{2}=9=3^{2}\\R_{2}=3R_{1}\]
3. Dua buah muatan 9 x 10-5 C dan 4 x 10-5 C dipisahkan pada jarak 20 cm. Sebuah muatan ketiga +2μC diletakkan sedemikian rupa agar gaya pada muatan tersebut sama dengan nol. Jarak muatan ketiga dari muatan pertama adalah.....
A. 14 cm
B. 8 cm
C. 13 cm
D. 6 cm
E. 12 cm
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \\\\ R_{1}=\frac{R\sqrt{Q_{1}}}{\sqrt{Q_{1}}+\sqrt{Q_{2}}}\\\\ R_{1}=\frac{20\sqrt{4\mu }}{\sqrt{4\mu }+\sqrt{9\mu }}\\\\R_{1}=\frac{40}{5}=8\; cm\]
4. Dua keping penghantar seluas 1 m2 diletakkan sejajar satu sama lain pada jarak 20 cm. Penghantar yang satu diberi potensial +40 Volt dan penghantar yang lain diberi potensial -40 volt. Besarnya gaya yang dialami sebuah muatan q = 2 x 10-2 C yang berada di antara kedua bidang tersebut adalah ....
A. 16 N
B. 2 N
C. 8 N
D. 0
E. 4N
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \\ F=\Delta V.\frac{Q}{R}\\F=(40-(-40))x\frac{2.10^{-2}}{20.10^{-2}}\\ F= 80x\frac{1}{10}=8N\]
5. Tiga buah muatan 4q, Q, dan q terletak pada sumbu x masing-masing pada posisi 0, L/2, dan L sedemikian, agar gaya Coulomb pada q sama dengan nol, maka muatan Q harus sama dengan ....
A. -4q
B. ½q
C. -2q
D. ¼q
E. -q
Jawaban dari Pak Dimpun:
Karena muatan yang mengalami gaya NOL terletak paling kanan dan paling dekat ke Q, maka muatan 4q dan Q harus berbeda tanda dan harga mutlak Q lebih kecil dari 4q. Anggap Q menjadi q1 dan 4q menjadi q2 memiliki jarak L/2, dan jarak Q dengan q juga L/2.
\[ \\ R_{1}=\frac{R\sqrt{\left |Q_{1} \right |}}{\left |\sqrt{\left |Q_{1} \right |}-\sqrt{\left |Q_{2} \right |} \right |}\\\frac{L}{2} =\frac{\frac{L}{2}\sqrt{Q}}{\left |\sqrt{Q }-\sqrt{4q } \right |}\\Q=q(-)\]
6. Dua bola kecil diberi muatan +4μC dan -24μC. Kedua bola tersebut didekatkan sampai bersentuhan, lalu dipisahkan pada jarak 30 cm besar gaya tolak kedua muatan sekarang menjadi ...
A. 100 N
B. 10 N
C. 64 N
D. 6,4 N
E. 18,25 N
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \\ Q_{12}=\frac{1}{2}x(Q_{1}+Q_{2})\\Q_{12}=\frac{1}{2}x(4-24)\mu C=-10\mu C\\\textrm{maka:}\\ F=k\frac{Q^{2}}{R^{2}}\\ F=9.10^{9}\frac{(10.10^{-6})^{2}}{0,3^{2}}\\F=10N\]
7. Dua buah kapasitor identik mula-mula belum bermuatan dihubungkan dengan baterai 10 Volt. Jika hanya salah satunya saja yang dihubungkan dengan baterai, energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah E. Energi yang akan tersimpan jika kedua kapasitor tadi dihubungkan seri dengan baterai adalah .....
A. E⁄4
B. 2⁄E
C. E⁄2
D. 4E
E. E
Jawaban dari Pak Dimpun:
Ketika kapasitor di seri:
\[ \\C_{s}=\frac{C}{2}\\\\ \textrm{maka:}\\ \\ \frac{E}{E_{s}}=\frac{C}{C_{s}}=\frac{C}{\frac{C}{2}}\\ E_{s}=\frac{1}{2}E\]
8.Sebuah kapasitor keping sejajar di udara mempunyai kapasitas C. Jika jarak kedua kepingnya diubah menjadi setengah kali semula dan kedalamnya dimasukkan bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 2, maka kapasitasnya menjadi .....
A. ¼C
B. 4C
C. ½C
D. 2C
E. C
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[\frac{C}{C^{'}}=\frac{d'}{kd}\\ \\\frac{C}{C^{'}}=\frac{\frac{1}{2}d}{2.d}\\\\ C^{'}=4C\]
9. Proton yang bergerak dari keping A ke B seperti gambar di bawah ini memperoleh kecepatan 2 x 105m/s .Jika kedua keping terpisah pada jarak 1 cm, maka potensial keping sejajar tersebut adalah...
A. 210 VoltB. 50 Volt
C. 200 Volt
D. 25 Volt
E. 100 Volt
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \\\Delta V=\frac{mv^{2}}{2Q}\\\\\Delta V=\frac{1,6x10^{-27}(2x10^{5})^{2}}{2(1,6x10^{-19})}\\ \\\Delta V=200V\]
10. Dua buah kapasitor masing-masing dengan kapasitas 2μF dan 3μF dirangkai seri, lalu diberi beda potensial antara ujung-ujung sebesar 10 volt, maka besar muatan pada kapasitor 2 μF adalah ....
A. 50 μC
B. 12 μC
C. 30 μC
D. 1,2 μC
E. 21 μC
Jawaban dari Pak Dimpun:
Kapasitor 2μF dan 3μF dirangkai seri, malaka pasitasnya menjadi:
\[ \\C_{s}=\frac{C_{1}C_{2}}{C_{1}+C_{2}}=\frac{2\mu .3\mu }{2\mu +3\mu }\\\\ C_{s}=\frac{6\mu }{5 }F\] Muatan Total:
\[\\Q=C.V=\frac{6\mu }{5}x10=12\mu C\\\\ Q=Q_{1}=Q_{2}=12\mu C\]
11. Kapasitor 6μF belum bermuatan dihubungkan secara paralel dengan kapasitor 4μF yang berpotensial 40V dengan menghubungkan ujung-ujungnya yang bersamaan tanda muatannya. Maka potensial gabungannya adalah .....
A. 16 V
C. 25 V
E. 15 V
B. 4,5 V
D. 12,5 V
Jawaban dari Pak Dimpun:
\[ \\V=\frac{Q_{1}+Q_{2}}{C_{1}+C_{2}}\\ \\V=\frac{Q_{1}+C_{2}V_{2}}{C_{1}+C_{2}}\\\\ V=\frac{0+4\mu .40}{4\mu +6\mu }=16V\] Silahkan pelajari materi selanjutnya [baca]
