50 Latihan Soal Listrik Statis untuk Menghadapi Ulangan Harian (UH), Ulangan Akhir Semester (UAS), dan Ujian Sekolah (US)

Sahabat fisioner, untuk lebih memahami materi fisika serta untuk mempersiapkan diri untuk menghadapi ulangan harian (UH), ulangan akhir semester (UAS), ujian sekolah (US), seleksi nasional masuk perguruan tinggi negeri (SNMPTN), berikut akan diberikan contoh soal beserta tips dan trik pembahasannya. Bagaimana sudah siap? Ayo kita mulai!

Topik: Listrik statis

Soal-soal

1. Ada empat buah muatan A, B, C, dan D. A menolak B, A menarik C, C menolak D, dan D bermuatan positif. Tentukan jenis muatan-muatan lainnya!

Jawab:
C menolak D berarti C sejenis dengan D. Karen D bermuatan positif maka C bermuatan positif. A menarik C berarti A tak sejenis dengan C. Karena C bermuatan positif maka tentu A bermuatan negatif. A menolak B berarti A sejenis dengan B. Karena A bermuatan negatif maka tentu B bermuatan negatif.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2. Dua buah muatan masing-masing 20 μC dan 24 μC terpisah pada jarak 12 cm. Hitung besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut bila:

a. kedua muatan diletakkan di udara

b. kedua muatan diletakkan dalam bahan yang memiliki permitivitas relatif 3.

Penyelesaian

Diketahui:

q₁ = 20 μC = 20 x 10^-6 C

q₂ = 24 μC = 24 x 10^-6 C

r = 12 cm = 12 x 10^-2 m

k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2

ε_r = 3

Ditanyakan:

a. F_udara= ..............?

b. F_bahan= ..............?

Jawab:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Sebuah partikel bermuatan +5 μC diletakkan pada garis hubung diantara partikel-partikel bermuatan -9 μC dan -4 μC yang berjarak 0,5 m.

a. Tentukan besar dan arah gaya pada partikel bermuatan +5 μC jika diletakkan di tengah-tengah kedua partikel bermuatan negatif!

b. Dimana partikel bermuatan +5 μC harus diletakkan agar partikel tersebut tidak merasakan gaya Coulomb yang disebabkan oleh kedua partikel bermuatan negatif?

Penyelesaian

Diketahui:

q₁ = -9 μC = -9 x 10^-6 C

q₂ = -4 μC = -4 x 10^-6 C

q₃ = 5 μC = 5 x 10^-6 C

k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2

Ditanyakan:

a. F = ....? jika r₃₁= r₃₂

b. r = ..........? jika F = 0

Jawab:

Tanda negatif menyatakan bahwa arah resultan gaya pada q₃ berarah ke kiri atau mendekati q₁

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4. Tentukan kuat medan listrik dan arahnya pada jarak 1 cm dari sebuah muatan positif 10^-6 C!

Penyelesaian

Diketahui:

r = 1 cm = 1 . 10^-2 m

q = 10^-6 C

Ditanyakan: E = ....?

Jawab:

Karena muatan sumber bermuatan positif maka medan listrik di titik tersebut menjauhi muatan sumber.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5. Sebuah muatan uji +3 x 10^-5 C diletakkan dalam suatu medan listrik. Gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,45 N. Berapa besar kuat medan listrik pada muatan uji?

Penyelesaian

Diketahui:

q_o = +3 x 10^-5 C

F = 0,45 N

Ditanyakan: E = .... ?

Jawab:

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6. Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika r₁ = r₂ = 5 cm tentukanlah:

a. kuat medan listrik di titik P

b. gaya pada muatan -4 x 10^-8 C yang diletakkan di P

c. letak titik yang kuat medannya nol

Penyelesaian

Dik: q₁ = +20 x 10^-8C

q₂ = -5 x 10^-8 C

q_p = -4 x 10^-8 C

r₁ = r₂ = 5 cm = 5 x 10^-2 m

Dit: a. E_p = .... ?

b. F_p = .... ?

c. r = .... ? (E_p = 0)

Jawab:

Dengan memperhatikan gambar di atas maka letak titik yang kuat medannya nol harus merupakan perpanjangan garis yang menghubungkan kedua muatan sumber (sebut saja garis AB) karena di sepanjang garis AB kuat medan listrik memiliki arah yang sama sehingga merupakan resultan dari keduanya (tidak mungkin nol). Titik C (titik sembarang yang kuat medannya dianggap nol) harus diletakkan di sebelah kanan muatan q₂ karena muatan q₂ lebih kecil daripada q₁. jadi, letak titik C harus lebih jauh dari q₁ tetapi lebih dekat ke q₂.

Misal jarak BC = d, maka jarak AC = 0,1 + d dengan d dalam satuan meter. Kuat medan listrik di c oleh muatan positif q₁ (E₁) berarah ke kanan, dan oleh muatan negatif q₂ (E₂) berarah ke kiri. Karena E₁ dan E₂ berlawanan arah maka resultan kuat medan listrik di C akan sama dengan nol jika E₁ sama dengan E₂.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7. Hitung jumlah garis medan yang menembus suatu bidang persegi panjang yang panjangnya 30 cm dan lebarnya 20 cm, bila kuat medan listrik homogen sebesar 200 N/C dan arahnya:

a. searah dengan bidang

b. membentuk sudut 30^o terhadap bidang

c. tegak lurus terhadap bidang

Penyelesaian

Diketahui:

p = 30 cm = 0,3 m

l = 20 cm = 0,2 m

E = 200 N/C

Ditanyakan: Ф = ....? (untuk tiga kondisi)

Jawab:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8. Sebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang (panjang 5 cm dan lebar 4 cm) diberi muatan 1,77 μC yang berlawanan jenis. Hitung:

a. rapat muatan listrik masing-masing keping

b. besar kuat medan listrik dalam ruang di antara kedua keping

Penyelesaian

Diketahui:

A = p x l = 5 x 4 = 20 cm² = 20 x 10^-4 m²

q = 1,77 μC = 1,77 x 10^-6 C

ε_o= 8,85 x 10^-12C²N^-1m²

Ditanyakan:

a. σ = ....?

b. E = ....?

Jawab:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9. Tentukan kapasitas kapasitor keping sejajar yang mempunyai luas keping 2 cm² dan jarak antarkepingnya 0,4 cm , bila muatan tiap-tiap keping sebesar 10^-6 μC dan ε_o= 8,85 x 10^-12 C²/Nm². Di antara keping ada medium dengan permitivitas relatif 2!

Penyelesaian

Diketahui:

A = 2 cm² = 2 x 10^-4 m²

d = 0,4 cm = 4 x 10^-3 m

q = 10^-6 μC = 10^-12 C

ε_o= 8,85 x 10^-12 C²/Nm²

ε_r= 2

Ditanyakan: C = .... ?

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10. Dua buah kapasitor masing-masing kapasitasnya 2 μF dan 3 μF dipasang secara seri. Beda potensial antara ujung-ujung gabungannya 10 volt. Tentukanlah:

a. kapasitas gabungannya

b. muatan tiap-tiap kapasitor

c. beda potensial tiap-tiap kapasitor

Penyelesaian

Diketahui:

susunan seri → q sama di tiap-tiap kapasitor

C₁ = 2 μF = 2 x 10^-6 F

C₂ = 3 μF = 3 x 10^-6 F

V_g = 10 V

Ditanyakan:

a. C_g = .... ?

b. C₁ = .... ? dan C₂ = .... ?