Hukum Coulomb: Rumus Gaya Coulomb dan Contoh Soal

MASIH ingatkah kamu bahwa muatan listrik dapat saling menarik atau saling menolak? Bagaimana hubungan antara jarak dua benda yang bermuatan listrik terhadap gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik antarkedua benda? 

Ilmuwan Prancis, Charles Augustin Coulomb (1736-1806), menyelidiki hubungan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya menggunakan alat neraca puntir Coulomb.

Percobaan Coulomb.

Untuk lebih jelasnya, simak penjelasan berikut yang dilansir dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 1 yang ditulis Siti Zubaidah dkk. 

Baca juga : Konsep Listrik Statis terkait Muatan Listrik dan Elektroskop

Rumus gaya Coulomb

Berdasarkan percobaan dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb menyimpulkan interaksi dua benda yang bermuatan sebagai berikut.

Baca juga : Rangkuman Bab 3 Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup

a. Semakin besar jarak kedua benda yang bermuatan, semakin kecil gaya listrik antara benda tersebut dan sebaliknya.

b. Semakin besar muatan kedua benda, semakin besar gaya listrik antara benda tersebut.

Gaya Coulomb pada muatan listrik.

Secara matematis, rumusan gaya Coulomb (Fc) dapat dituliskan sebagai berikut.

Fc = k (q1 ∙ q2/r²)

Baca juga : Enam Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup dan Kelainannya

Fc  = gaya Coulomb (newton) 

k = konstanta = 9 × 10⁹ Nm²/C² 

r = jarak antara dua muatan (meter) 

q1 = besar muatan listrik benda pertama (coulomb) 

q2 = besar muatan listrik benda kedua (coulomb)

Baca juga : Pewarisan Sifat dalam Pemuliaan Tanaman dan Hewan

Contoh soal

1. Dua muatan listrik positif yang ada di dalam membran sel saraf masing-masing sebesar q dan 2q terletak pada jarak 2 cm. Hitung berapakah gaya Coulomb yang dialami kedua muatan tersebut jika q = 1,6 × 10^-19C! Besarnya konstanta (k) = 9 × 10⁹ Nm²/C².

Diketahui:

Muatan 1 (q1) = +q = 1,6 × 10^-19 C

Muatan 2 (q2) = +2q = 3,2 × 10^-19 C

Jarak kedua muatan (r) = 2 cm = 2 × 10^-2 m

Ditanya: gaya Coulomb kedua muatan.

Jawab:

Fc = k (q1 ∙ q2/r²)

F = 9 × 10⁹ Nm²/C² × (1,6 × 10^-19 C) × (3,2 × 10^-19 C)/(2 × 10^-2 m)²

F = 11,52 × 10^-25 Nm²C²/C²m²

F = 1,152 × 10^-24 N

Jadi besar gaya Coulomb yang dialami muatan positif q dan 2q yang terpisah pada jarak 2 cm sebesar 1,152 × 10^-24 N.

2. Jika besar gaya Coulomb antara dua muatan identik A dan B ialah 1,6 N serta kedua muatan tersebut terpisah pada jarak 3 cm, berapakah besar muatan A dan B?

Diketahui:

Gaya Coulomb kedua muatan = 1,6 N

Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m

Ditanya: besar muatan A dan B

Jawab:

Muatan A dan B identik sehingga qA= qB = qC

Fc = k (q1 ∙ q2/r²)

1,6 = 9 × 10⁹ Nm²/C² × q2/(3 × 10^-2 m)²

q2 = 1,6 x 9 × 10^-4/9 × 10⁹

q = √1,6 × √10^–13 = √16 × √10^-14

q = 4 × 10^-7 C = 0,4 µC

Jadi, besar muatan identik A dan B adalah 0,4 μC. (Z-2)