Apa Itu Aturan Coulumb? Cara Gampang Mencar Ilmu Gaya Coulumb/Gaya Listrik

Pengantar

Benda-benda yang bermuatan listrik tak sejenis akan tarik menarik, sebaliknya benda-benda yang bermuatan listrik sejenis akan tolak menolak. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda yang bermuatan listrik ? Bagaimana memilih besar gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda yang bermuatan listrik ? pertanyaan ibarat ini mendorong fisikawan Perancis, Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) untuk melaksanakan eksperimen pada tahun 1784. Hasil temuan om Charles diberi julukan aturan Coulomb dan diwariskan kepada kita ketika ini.

Hukum Coulomb

Untuk mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda bermuatan listrik, om Charles melaksanakan eksperimen memakai neraca puntir. Alat ini ibarat mirip yang dipakai om Cavendish ketika mengkaji gaya gravitasi.

Bedanya Cevendish memakai bola bermassa, sebaliknya Charles Coulomb memakai bola konduktor bermuatan listrik.  Ukuran bola konduktor bermuatan sangat kecil sehingga sanggup dianggap sebagai muatan titik. Untuk menciptakan bola konduktor menjadi bermuatan listrik dan untuk memvariasikan besarnya muatan pada bola konduktor bermuatan listrik, Charles Coulomb memakai cara induksi.

Pemberian muatan listrik pada konduktor dengan cara induksi sudah dijelaskan pada pokok bahasan muatan induksi. Cara memvariasikan besarnya muatan listrik pada bola konduktor dilakukan ibarat ini. Misalnya mula-mula terdapat sebuah bola konduktor yang bermuatan listrik. Agar muatan pada bola konduktor tersebut menjadi setengah dari muatannya mula-mula, maka bola konduktor tersebut disentuhkan dengan bola konduktor lainnya yang ukurannya sama. Ketika disentuhkan maka muatan akan terbagi merata pada kedua bola tersebut.

Pada mulanya Charles memeriksa efek besarnya muatan listrik yang dimiliki oleh bola konduktor bermuatan listrik terhadap besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik. Charles Coulomb menemukan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan, sebanding dengan muatan pada masing-masing bola konduktor tersebut.

Dalam hal ini, kalau muatan pada sebuah bola konduktor ditambahkan menjadi 2 kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak juga bertambah menjadi dua kali lipat. Jika muatan pada kedua bola konduktor ditambahkan menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak bertambah menjadi empat kali lipat.

Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan (dua muatan titik) sebanding dengan hasil kali antara besarnya muatan pada bola konduktor pertama dengan besarnya muatan pada bola konduktor kedua.  Secara matematis ditulis ibarat ini :

Charles juga memeriksa efek jarak antara kedua bola konduktor bermuatan dengan besarnya gaya tarik atau gaya tolak. Charles menemukan bahwa kalau jarak antara kedua bola konduktor bermuatan ditambahkan menjadi dua kali lipat (jarak digandakan) maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak berkurang menjadi ¼ dibandingkan dengan besarnya gaya mula-mula, ketika jarak antara dua bola konduktor tidak digandakan.

Jika jarak antara dua bola konduktor bermuatan dikurangi menjadi dua kali lipat maka besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan bertambah menjadi 4 kali dibandingkan dengan besarnya gaya mula-mula, ketika jarak antara dua bola konduktor tidak dikurangi.

Charles menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola konduktor bermuatan listrik sebanding dengan kuadrat jarak antara kedua bola konduktor tersebut. Secara matematis ditulis ibarat ini :

Dari hasil eksperimennya, Charles Coulomb menyimpulkan bahwa besarnya gaya tarik atau gaya tolak (gaya listrik) antara dua muatan titik sebanding dengan hasil kali muatan-muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan-muatan tersebut. Kesimpulannya ini diberi julukan dengan aturan Coulomb. Secara matematis, aturan Coulomb sanggup ditulis ibarat ini :

Hukum Coulomb menjelaskan gaya antara dua muatan ketika muatan berada dalam keadaan diam. Muatan q1 atau q2 sanggup bernilai nyata dan sanggup juga bernilai negatif. Sebaliknya besarnya gaya listrik (F) selalu bernilai positif. Arah gaya tarik atau gaya tolak antara kedua muatan selalu berada pada garis lurus yang menghubungkan kedua muatan tersebut.

Nilai nyata atau negatif dari suatu muatan hanya besar lengan berkuasa pada jenis gaya yang terjadi antara muatan yang berinteraksi. Jika q1 dan q2 bernilai negatif maka kedua benda muatan saling tolak menolak (gambar 2). Demikian juga kalau q1 dan q bernilai nyata maka kedua benda bermuatan saling tolak menolak (gambar 2). Jika q1 postif (atau negatif) dan q2 negatif (atau positif) maka kedua benda bermuatan saling tarik menarik (gambar 1). Perhatikan gambar bentar… F12 = gaya yang dikerjakkan oleh benda bermuatan 1 pada benda bermuatan 2, sebaliknya F21 = gaya yang dikerjakkan oleh benda bermuatan 2 pada benda bermuatan 1.

k dalam persamaan di atas ialah konstanta pebanding. Nilai k bergantung pada sistem satuan yang digunakan.  Dalam sistem SI, nilai k ialah :

k = 8,987551787 x 109 N.m2/C2 = 8,988 x 109 N.m2/C2

Dalam SI, biasanya k ditulis sebagai

Persamaan aturan Coulomb sanggup ditulis kembali menjadi ibarat ini :

Satuan Muatan

Satuan SI untuk muatan ialah Coulomb (1 C). 1 C merupakan jumlah muatan yang kalau diletakkan pada dua benda (benda dianggap ibarat titik atau partikel) yang berjarak 1 meter, akan menjadikan masing-masing benda tersebut menawarkan gaya listrik (gaya tarik atau gaya tolak) sebesar :

9 juta Newton ? Gayanya sangat besar… kesimpulannya muatan 1 C sangat besar.

Muatan elektron

Satuan muatan yang paling kecil ialah besarnya muatan sebuah elektron atau sebuah proton. Biasa disebut sebagai muatan dasar. Besarnya muatan dasar diberi simbol e :

e = 1,602 x 10-19 C

e ditetapkan bertanda nyata sehingga muatan elektron ialah –e, sedangkan muatan proton ialah +e. Karena suatu benda tidak sanggup memperoleh atau melepaskan serpihan atau potongan-potongan ;) elektron maka muatan total suatu benda harus merupakan kelipatan bilangan lingkaran dari muatan dasar. e, 2e, 3e, 4e, 5e… Karenanya muatan listrik dikatakan terkuantisasi. Kita andaikan muatan ibarat mata uang rupiah.. muatan elektron ibarat mata uang rupiah terkecil yakni 100 rupiah. Jumlah uang yang kita miliki biasanya merupakan kelipatan bilangan lingkaran dari 100 rupiah.

Prinsip superposisi gaya-gaya

Perlu diketahui bahwa aturan Coulomb hanya menjelaskan interaksi dari dua muatan titik. Walaupun demikian, menurut eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan, ditemukan bahwa kalau dua muatan mengerjakan gaya pada muatan lain (sebut saja muatan ketiga), maka gaya total yang bekerja pada ketiga merupakan jumlah dari gaya yang dikerjakan oleh muatan pertama pada muatan ketiga dan gaya yang dikerjakan oleh muatan kedua pada muatan ketiga. Hasil ini disebut sebagai prinsip superposisi gaya. Gaya merupakan besaran vektor sehingga penjumlahan gaya dilakukan secara vektor.

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari kini FISIKA HARUS ASYIK, maka asing seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!
Sumber http://fisikamantabb.blogspot.com

Share this post