Hukum Coulomb

Pada tahun 1785, seorang ilmuwan Perancis yang bernama Charles Coulomb melakukan pengukuran gaya interaksi antara dua buah muatan listrik denganmenggunakan neraca puntir. Neraca puntir ini terdiri atas tiga buah bola logam. Bola A dan B diberi muatan listrik yang sejenis. Bola B diletakkan pada ujung neraca puntir dan bola C digunakan sebagai penyeimbang agar lengan neraca AB selalu seimbang (dalam posisi mendatar). Bola A yang bermuatan listrik sama dengan bola B akan menyebabkan bola B tertolak oleh bola A. Akibatnya lengan neraca AB akan terpuntir (berputar). Oleh bola C, kedudukan lengan neraca diseimbangkan kembali pada kedudukan yang baru. Berdasarkan sudut puntiran ini diukur oleh Charles Coulomb dapat mengukur gaya listrik yang terjadi akibat bola A didekatkan ke bola B.
Berdasarkan hasil percobaan ini, Charles Coulomb memperoleh hubungan antara gaya listrik dan besarnya masing-masing muatan listrik yang terpisah pada jarak tertentu. 

Gaya Coulomb berbanding lurus (sebanding) dengan hasil kali antara dua muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan listrik itu.

Hubungan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan:

Fc = k Q1 Q2 : r2

Untuk: 
Fc = Gaya Coulomb, satuan MKS adalah Newton (N). 
k = Tetapan pembanding = 9.109, satuan MKS adalah Nm2/C2.
Q1 = Muatan listrik benda pertama, satuan MKS adalah Couloumb (C).
Q2 = Muatan listrik benda kedua, satuan MKS adalah Couloumb (C).
r = Jarak antara kedua muatan listrik, satuan MKS adalah meter (m).

Contoh soal:
1. Sebuah muatan listrik (2.10-6 C) terletak 2 cm dari muatan listrik lain (-3.10-6 C). Tentukan gaya Coulomb yang terjadi di antara kedua muatan listrik itu?
Diketahui: Q1 = 2.10-6 C
Q2 = -3.10-6 C
r = 2 cm = 0,02 m = 2.10-2 m
Ditanya: Fc = ….. N
Jawab: Fc = k Q1 Q2 : r2
Fc = (9.109 x 2.10-6 x -3.10-6):(2.10-2)
Fc = -54.10-3 : 2.10-2
Fc = -27.10-1 N = 2,7 N (tanda – berarti saling menarik)

2. Dua buah muatan listrik yang sejenis dan sama besar yaitu sebesar 8.10-19 C terpisah pada jarak 4 mm satu dengan lainnya. Tentukan besarnya gaya Coulomb yang terjadi di antara keduanya?
Diketahui: Q1 = 8.10-19 C
Q2 = 8.10-19 C
r = 4 mm = 0,004 m = 4.10-3 m
Ditanya: Fc = ….. N
Jawab: Fc = k Q1 Q2 : r2
Fc = (9.109 x 8.10-19 x 8.10-19) : (4.10-3)2
Fc = 576.10-29 : 4.10-3
Fc = 144.10-26 N (tanda + berarti saling menolak) 

A.1. Pilihan Ganda
Petunjuk: Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!
1. Muatan listrik yang terdapat pada kulit atom adalah ….
a. proton.
b. neutron.
c. elektron.
d. proton dan netron.
2. Muatan listrik yang terdapat dalam inti atom adalah …. 
a. proton.
b. neutron.
c. elektron.
d. proton dan netron.
3. Atom suatu benda yang melepaskan elektron akan menghasilkan benda yang ….
a. netral.
b. bermuatan negatif.
c. bermuatan positif.
d. bermuatan negatif dan positif.
4. Sebuah benda dikatakan bermuatan listrik negatif apabila ….
a. kelebihan elektron.
b. kelebihan proton.
c. kekurangan elektron.
d. jumlah proton lebih besar dari jumlah elektron.
5. Pada suatu penghantar, muatan-muatan listrik selalu berada di ….
a. permukaan penghantar.
b. dalam penghantar.
c. seluruh bagian penghantar.
d. bagian tengah penghantar.
6. Isolator tidak dapat menghantarkan listrik disebabkan oleh ….
a. proton dan elektron tidak dapat bergerak.
b. proton tidak dapat bergerak.
c. elektron tidak dapat mengalir.
d. elektron dengan mudah mengalir.
7. Penggaris plastik yang digosok dengan kain wol kering akan bermuatan negatif karena ….
a. elektron pada wol pindah ke penggaris.
b. elektron pada penggaris pindah ke wol.
c. proton pada wol pindah ke penggaris.
d. proton pada penggaris pindah ke wol.
8. Sepotong kaca yang digosok dengan kain sutera akan bermuatan listrik positif, karena ….
a. elektron pada kaca pindah ke sutera.
b. elektron pada sutera pindah ke kaca.
c. proton pada kaca pindah ke sutera.
d. proton pada sutera pindah ke kaca.
9. Benda yang bermuatan listrik negatif akan menjadi netral apabila dihubungkan dengan tanah. Hal ini disebabkan oleh ….
a. tanah bersifat netral.
b. tanah bermuatan negatif.
c. elektron pada tanah pindah ke benda.
d. elektron pada benda pindah ke tanah.

10. Apabila sebuah benda yang bermuatan negatif didekatkan pada seluruh penghantar maka pada penghantar itu akan ….
a. terinduksi dan bermuatan negatif.
b. bermuatan positif.
c. bersifat netral.
d. mengalami induksi.
11. Sebuah benda yang didekatkan dengan sepotong ebonite (bermuatan negatif) ternyata dapat tertarik. Akan tetapi, bila didekatkan dengan sepotong kaca bermuatan positif juga akan tertarik. Muatan listrik benda ini adalah ….
a. negatif.
b. positif.
c. netral.
d. positif dan negatif.
12. Dua buah bola A dan B yang sama besar terbuat dari bahan logam yang berbeda. Mula-mula bola A bermuatan listrik dan bola B dalam keadaan netral. Apabila kedua bola dihubungkan dengan seutas kawat maka ….
a. muatan keduanya sama besar.
b. muatan keduanya tidak sama.
c. muatan bola A lebih besar dari B.
d. muatan bola A lebih kecil dari B.
13. Penggaris plastik yang digosok dengan kain wol lalu didekatkan dengan potongan kecil kertas maka kertas itu akan tertarik dan menempel pada penggaris. Gaya yang terjadi pada interaksi kedua benda ini adalah ….
a. gaya gravitasi.
b. gaya Coulomb.
c. gaya berat.
d. gaya Lorentz.
14. Pernyataan berikut yang paling benar adalah ….
a. Muatan sejenis tarik menarik.
b. Muatan tak sejenis akan tarik menarik.
c. Muatan setiap electron selalu berbeda.
d. Elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lain.
15. Ada empat buah benda yang bermuatan listrik. Ternyata ketika seluruh benda itu didekatkan, benda A menolak B, A menarik C dan C menolak D. Apabila benda D bermuatan listrik negatif maka muatan listrik benda-benda yang lain adalah ….
a. Benda A positif dan C negatif.
b. Benda A negatif dan C positif.
c. Benda A positif dan C positif.
d. Benda A negatif dan C negatif.
16. Dua buah muatan listrik masing-masing 0,01 C dan 0,001 C terpisah pada jarak 1 mm satu dengan yang lain. Gaya tolak kedua muatan itu adalah ….
a. 9 x 1010 N.
b. 9 x 105 N.
c. 3 x 10-5 N.
d. 3 x 10-10 N.
17. Dua buah bola bermuatan listrik yang sama yaitu 10-6 C. Gaya tolak yang terjadi dari keduanya sebesar 90 N maka jarak antara kedua muatan itu adalah ….
a. 0,01 m.
b. 0,01 mm
c. 10 cm.
d. 100 cm.
18. Dua buah muatan listrik yang terpisah pada jarak tertentu menghasilkan gaya Coulomb sebesar F Newton. Apabila jarak keduanya diubah adalah ½ kali jarak semuala maka gaya Coulomb nya sekarang menjadi
a. ¼ gaya awal.
b. ½ gaya awal.
c. 2 gaya awal.
d. 4 gaya awal.
19. Elektroskop yang diberi muatan positif lalu didekati oleh benda benda yang bermuatan positif pula akan menyebabkan kedua daun elektroskop itu menjadi bermuatan ….
a. negatif
b. positif
c. posiitif-negatif
d. negatif-positif
20. Pada cuaca yang buruk, agar kita tidak disambar petir maka kita harus 
a. berteduh di bawah pohon.
b. berlari ke tengah lapangan.
c. memakai topi.
d. berteduh di rumah yang memiliki penangkal petir