Gaya listrik dan medan listrik SBMPTN, pembahasan contoh soal

Nomor 1
Tiga buah muatan listrik berada pada posisi dititik sudut segitiga ABC, panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2 µC) seperti gambar dibawah (k = 9 . 109 N/m2 C2).
Besar gaya listrik yang bekerja pada muatan B adalah...
A. 0,9 √3 N
B. 0,9 √2 N
C. 0,9 N
D. 0,81 N
E. 0,4 N

Pembahasan:
Diketahui
qA = qB = qC = 2 µC = 2 . 10-6 C
rAB = rBC = 20 cm = 0,2 m
Ditanya: F
Jawab:




Nomor 2
Perhatikan gambar dua buah muatan titik berikut.


Dimanakah letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol?
A. 1 cm dikanan q1
B. 1 cm dikanan q2
C. ½ cm dikanan q2
D. ½ cm di kiri q2
E. ½ cm dikanan q1

Pembahasan:
Untuk menentukan letak titik P dengan kuat medan listrik nol maka letak titik itu memiliki arah medan listrik yang berlawanan yaitu di kanan q2.



Nomor 3
Tiga muatan QA = QB = 4 µC dan QC = 5 µC membentuk bidang segitiga seperti gambar.

Resultan gaya listrik di muatan C adalah...(1 µ = 10-6)
A. 20 √2 N
B. 14 √2 N
C. 10 √2 N
D. 9 √2 N
E. 9 N

Pembahasan:
Diketahui:
QA = QB = 4 µC = 4 . 10-6 C
QC = 5 . 10-6 C
Ditanya: F
Jawab:
Terlebih dahulu gambarkan gaya-gaya listrik pada muatan QC.

Nomor 4
Perhatikan gambar dua buah muatan titik berikut.

Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol?
A. 2 cm dikanan q2
B. 2 cm di kiri q1
C. 8 cm di kanan q2
D. 8 cm di kiri q1
E. Ditengah-tengah q1 dan q2

Pembahasan:
Letak titik P yang tidak mungkin kuat medan listriknya nol adalah diantara kedua muatan karena arah medan listriknya sama. Jadi letak yang mungkin medan listriknya nol adalah disebelah kiri q1 atau sebelah kanan q2.

Nomor 5

Dua bola konduktor A dan B terpisah pada jarak cukup jauh. Pada awalnya bola A dimuati sebesar -3 x 10^-6 C sedangkan bola B sebesar 3 x 10^-6 C. Pada keadaan tersebut ada gaya sebesar 18 N antara kedua bola konduktor. Keduanya kemudian ditarik dan dihubungkan oleh seutas kawat penghantar sedemikian rupa sehingga jarak antara keduanya menjadi setengah jarak semula. Besar gaya antara kedua bola konduktor apabila kawat kemudian dilepas adalah...

A. 0 N

B. 3 N

C. 6 N

D. 10 N

E. 12 N

Pembahasan

Mula-mula kedua bola terpisah cukup jauh dan bermuatan. Pada keadaan akhir kedua bola dihubungkan dengan kawat maka:

Qtot = QA + QB = -3 x 10^-6  + 3 x 10^-6 = 0

Ini artinya kedua bola tak bermuatan sehingga gaya kedua bola nol.

Jawaban: A

Nomor 6

Bola yang bermuatan 1 gram dan bermuatan 10^-6 C dilepaskan pada ketinggian 20 m di atas permukaan bumi dalam medan listrik seragam E = 3 x 10⁴ N/C yang berarah ke atas. Anggap percepatan gravitasi 10 m/s². Setelah bergerak sejauh 10 meter dari keadaan diam, bola tersebut akan bergerak dengan kecepatan...

A. 10 m/s ke bawah

B. 20 m/s ke bawah

C. 10 m/s ke atas

D. 20 m/s ke atas

E. 30 m/s ke atas

Pembahasan

W = m . g = (1 x 10^-3) 10 = 10^-2 N

F = q E = 10^-6 (3 x 10⁴) = 3 x 10^-2 N

F > W berarti arah gerak bola ke atas

F = m . a

F - W = m . a

3 x 10^-2 - 10^-2 = 10^-3 . a

a = 20 m/s²

Menghitung kecepatan

v² = v0² + 2 . a. s = 0 + 2 (20) 10 = 400

v = 20 m/s ke atas

Jawaban D

Nomor 7

Besarnya muatan debu yang massanya A gram, jika debu tersebut terkatung-katung tepat ditengah-tengah kondensator yang vakum dengan beda potensial V volt antara plat-platnya berjarak d cm antara plat-plat tersebut adalah...

A. dg / VA

B. VAg / d

C. Adg / V

D. Vg / dA

E. Vdag

Pembahasan

F = W

qE = m . g

V / d = A . g

q = (Adg) / V

 Jawaban: D

Nomor 8

Dua pelat logam besar dengan luas 1 m² saling berhadapan satu sama lain. Jarak antara keduanya 5 cm dan keduanya membawa muatan yang sama tetapi berlainan pada permukaannya. Jika medan listrik antara kedua pelat 55 N/C, muatan pada pelat adalah...

A. 4,9 x 10^-20 C

B. 4,9 x 10^-16 C

C. 4,9 x 10^-12 C

D. 4,9 x 10^-10 C

E. 4,9 x 10^-8 C

Pembahasan

Gunakan hukum Gauss

E . A = Q / ε0

Q = E . A . ε0

Q = 55 . 1 . (8,85 . 10^-12)

Q = 4,9 x 10^-10 C