Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb

Posted by on 24 May 2016 - 6:11 PM

Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika tentang medan listrik dan gaya coulomb ini meliputi beberapa subtopik dalam bab listrik statis yaitu gaya elektrostatis, medan listrik, kuat medan listrik, dan energi potensial listrik. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang medan listrik dan gaya coulomb yang sering keluar antara lain menentukan letak muatan agar medan listriknya sama dengan nol, menganalisis besar dan arah medan listrik yang dialami oleh suatu partikel, menentukan kuat medan dan potensial listrik di pusat sistem muatan berbentuk segitiga, menentukan letak muatan agar tidak mengalami gaya coulomb sama sekali, menentukan jarak antar dua muatan jika besar gaya elektrostatisnya diketahui, menentukan kuat medan listrik yang dialami suatu muatan, menentukan kuat medan listrik yang dibutuhkan agar potongan kaca dapat terapung di udara, dan menentukan kuat medan listrik di pusat sistem muatan yang berbentuk persegi.

Soal 1
Dua buah muatan titik +10μC dan -10 μC berada pada jarak 20 cm di udara. Besar gaya yang dialami oleh muatan +1μC yang terletak di tengah-tengah jarak antar kedua muatan tersebut adalah ....
A. Nol
B. 4,5 N
C. 9,0 N
D. 18 N
E. 45 N

Pembahasan :
Karena muatan +1μC terletak di tengah-tengah dua muatan yang tidak sejenis, maka gaya coulomb yang dialami muatan  +1μC oleh muatan +10μC searah dengan gaya coulomb oleh muatan -10μC.

Dengan demikian, gaya coulomb total yang dialami muatan +1μC adalah gaya coulomb dari muatan +10μC ditambah gaya coulomb oleh muatan -10μC.

Sehingga berlaku :
⇒ F = F1 + F2
⇒ F = k 10-6.10-5   + k 10-6.10-5
(10-1)2 (10-1)2
⇒ F = k 10-11   + k 10-11
10-2 10-2
⇒ F = k.10-9 + k.10-9
⇒ F = 2k.10-9
⇒ F = 2 (9 x 109).10-9
⇒ F = 18 N
Jawaban : D

Soal 2
Terdapat tiga muatan q1, q2, dan q3 yang berada pada satu garis dengan q2 berada di antara q1 dan q3. Jaraka antara q1 dan q2 adalah a sedangkan jarak antara q2 dan q3 adalah 0,5a. Muatan q1 dan q2 masing-masing +10μC, +20μC. Agar gaya coulomb yang dialami q2 sama dengan nol, maka besar muatan q3 adalah ...
A. 2,5 μC
B. -2,5 μC
C. 25 μC
D. -25 μC
E. 4 μC

Pembahasan :
Gaya coulomb yang dialami oleh q2 bisa bernilai nol jika gaya coulomb yang berasal dari muatan q1 sama dengan gaya coulomb yang diberikan oleh muatan q3. Dengan kata lain gaya coulomb akibat q1 dan q3 saling meniadakan.

Karena muatan pertama dan muatan kedua positif, maka agar gaya coulombnya saling meniadakan (berlawanan arah), muatan ketiga harus positif.

Dengan demikian berlaku :
⇒ F21 = F23
⇒ k q2 . q1   = k q2 . q3
(R21)2 (R23)2
q1   =  q3
(R21)2 (R23)2
10   =  q3
a2 (0,5a)2
10   =  q3
a2 0,25a2
⇒ q3 = 2,5μC
Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Teori Relativitas Khusus.

Soal 3
Kuat medan listrik sejauh 4 cm dari suatu muatan titik q sama dengan 10 N/C. Kuat medan listrik sejauh 8 cm dari muatan titik 6q sama dengan ...
A. 20 N/C
B. 15 N/C
C. 12 N/C
D. 10 N/C
E. 6 N/C

Pembahasan :
Perbandingan kuat medan listrik
⇒  E1   =  q1 . r22
E2 q2 . r12
10   =  q .82
E2 6q .42
10   =  4
E2 6
⇒ E2 = 60/4
⇒ E2 = 15 N/C
Jawaban : B

Soal 4
Kuat medan listrik di satu titik P yang ditimbulkan oleh sebuah muatan q di titik asal O ...
(1) Arahnya menjauhi q bila q positif, menuju q bila q negatif
(2) Berbanding langsung dengan q
(3) Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak OP
(4) Arahnya sama dengan gaya Coulomb pada muatan q' di P bila q positif dan berlawanan dengan gaya coulomb tersebut bila q negatif.

Pembahasan :
Jika muatan q positif, maka arah garis medan ke luar menjauhi muatan q (ke luar). Sebaliknya jika q bernilai negatif, maka arah garis medan listrik menuju muatan q (ke dalam).

Kuat medan listrik di suatu titik P yang berjarak r dari muatan q berbanding lurus dengan muatan q dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Secara matematis ditulis sebagai berikut:
E = k q
r2

Dengan :
E = kuat medan listrik
k = tetapan
q = muatan
r = jarak titik ke muatan

Arah kuat medan listriknya selalu sama dengan arah gaya Coulomb terhadap muatan q' sebagai muatan uji. Jadi, opsi yang benar adalah 1, 2, dan 3.
Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.

Soal 5
Sepotong pecahan kaca bermassa 5 mg bermuatan 2 μC. Kuat medan listrik yang dibutuhkan untuk menahan agar potongan keca tersebut dapat terapung di udara adalah ...
A. 10 V/m
B. 1,8 V/m
C. 25 V/m
D. 100 V/m
E. 19,5 V/m

Pembahasan :
Agar potongan kaca terapung di udara, maka:
⇒ Gaya berat = gaya listrik
⇒ W = Fc
⇒ m.g = q.E
⇒ (5 x 10-6)(10) = (2 x 10-6) E
⇒ E = 50/2
⇒ E = 25 V/m
Jawaban : C

Soal 6
Potensial listrik sejauh 4 cm dari muatan titik q sama dengan 10 V. Potensial listrik sejauh R dari muatan titik 5q sama dengan 20V. Nilai R sama dengan ...
A. 20 cm
B. 15 cm
C. 12 cm
D. 10 cm
E. 6 cm

Pembahasan :
Dik : r1 = 4 cm, r2 = R, q1 = q, q2 = 5q, V1 = 10V, V2 = 20 V

Perbandingan potensial listrik :
⇒  V1   =  k.q1/r1
V2 k.q2/r2
10   =  q/4
20 5q/R
1   =  R
2 5.4
⇒ R = 10 cm.
Jawaban : D

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.

Soal 7
Pada setiap titik sudut sebuah segitiga sama sisi dengan sisi 2√3 cm terdapat muatan positif q. Kuat medan dan potensial listrik di pusat segitiga tersebut, dengan k sebagai tetapan berturut-turut adalah ...
A. ½ kq dan 0
B. ½ kq dan 3/2 kq
C. 2/3 kq dan 3/2 kq
D. 0 dan 3/2 kq
E. 0 dan 2/3 kq

Pembahasan :
Perhatikan gambar di bawah ini!
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik

Dari gambar kita peroleh:
⇒ r = 2/3 tinggi segitiga
⇒ r = 2/3 (2√3 sin 60)
⇒ r = 2/3 (2√3.1/2√3)
⇒ r = 2

Karena besar muatan sama dan segitiga sama sisi, maka medan listrik dari masing-masing muatan membentuk sudut yang sama dan saling meniadakan, sehingga:
⇒ Eo = E1 + E2 + E3
⇒ Eo = 0

Potensial listrik merupakan besaran skalar dan karena muatannya sama besar, maka:
⇒ Vo = V1 + V2 + V3
⇒ Vo = kq/r + kq/r + kq/r
⇒ Vo = 3kq/r
⇒ Vo = 3kq/2
⇒ Vo = 3/2 kq
Jawaban : D

Soal 8
Dua buah muatan masing-masing 8 μC dan 2 μC diletakkan pada sumbu x pada jarak 6 m satu sama lain. Muatan pertama terletak pada pusat koordinat. Agar sebuah muatan negatif tidak mengalami gaya sedikitpun, maka muatan ini harus diletakkan pada posisi ...
A. x = -4 m
B. x = -2 m
C. x = 2 m
D. x = 4 m
E. x = 8 m

Pembahasan :
Misalkan qA = 8 μC dan qB = 2 μC

Agar resultan gaya coulomb yang dialami oleh muatan negatif sama dengan nol (tidak mengalami gaya sama sekali), maka arah gaya coulomb dari muatan 8 μC harus berlawanan arah dengan gaya coulomb dari muatan 2 μC dengan besar yang sama sehingga saling meniadakan.

Karena kedua muatan 8 μC dan 2 μC positif, maka muatan negatif harus diletakkan di antara kedua muatan tersebut sehingga gayanya saling berlawanan seperti pada gambar berikut:

Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik
Sehingga berlaku :
⇒ F = FA - FB
⇒ 0 = FA - FB
⇒ FA = FB
⇒ k q.qA   = k q.qB
RA2 RB2
RB2   =  2 μC
RA2 8 μC
RB2   =  1
RA2 4
⇒ RB2 = ¼ RA2
⇒ RB = ½ RA

Karena kita misalkan RB = 6 - x, dan RA = x, maka:
⇒ RB = ½ RA
⇒ 6 - x = ½x
⇒ 6 = ½x + x
⇒ 6 = 3/2 x
⇒ x = 12/3
⇒ x = 4 m sebelah kanan muatan 8 μC.
Jawaban : D

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika.

Soal 9
Dua buah partikel A dan B masing-masing bermuatan listrik +20 μC dan +45 μC terpisah oleh jarak 15 cm. Jika C adalah titik yang terletak di antara A dan B, sedemikian sehingga medan di C sama dengan nol, maka letak titik C dari partikel A adalah ...
A. 2 cm
B. 3 cm
C. 4 cm
D. 6 cm
E. 9 cm

Pembahasan :
Dik : qA = +20 μC, qB = +45 μC, dan R = 15 cm

Karena kedua muatan A dan B bernilai positif, maka muatan C dapat diletakkan di antara kedua muatan tersebut sehingga arah medan listrik yang dihasilkan oleh A dan B berlawanan arah.

Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik
Agar sama dengan nol, maka
⇒ EA = EB
⇒ k qA   = k qB
RA2 RB2
20   =  45
x2 (15 - x)2
20   =  45
x2 225 - 30x + x2
⇒ 45x2 = 20(225 - 30x + x2)
⇒ 45x2 = 4500 - 600x + 20x2
⇒ 25x2 = 4500 - 600x
⇒ 25x2 + 600x - 4500 = 0
⇒ x2 + 24x - 180 = 0
⇒ (x + 30)(x - 6) = 0
⇒ x = -30 atau x = 6

Jadi, letak titik C dari partikel A adalah 6 cm.
Jawaban : D

Soal 10
Empat buah muatan diletakkan di setiap sudut persegi yang panjang sisinya 10√2 cm. Jika O adalah titik perpotongan diagonal, maka kuat medan listrik di titik O adalah ...
A. 9 x 106 N/C
B. 9√2 x 106 N/C
C. 18 x 106 N/C
D. 18√2 x 106 N/C
E. 36√2 x 106 N/C

Pembahasan :
Karena jarak dan besar muatan sama, maka medan listrik di titik O dapat digambarkan seperti berikut:

Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik

Kuat medan listrik:
⇒ E = k q
r2
⇒ E = (9 x 109) (10-5)
(0,1)2
⇒ E = 9 x 106 N

Kuat medan listrik di titik O:
⇒ Eo = √(2E)2 + (2E)2
⇒ Eo = 2E √2
⇒ Eo = 2E √2
⇒ Eo = 2(9 x 106) √2
⇒ Eo = 18√2 x 106 N/C
Jawaban : D


Edutafsi.com adalah blog bahan belajar sekolah yang ditujukan untuk membantu murid belajar. Dukung edutafsi untuk terus berkembang dengan like laman facebook edutafsi dan follow IG Tafsi Junior. Terimakasih telah berkunjung ke blog ini. Semoga bermanfaat.

Advertisements

0 comments :

Post a Comment