Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Medan Listrik Dan Gaya Coulomb

Posted on

Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika perihal medan listrik dan gaya coulomb ini mencakup sedikit subtopik dalam penggalan listrik statis yaitu gaya elektrostatis, medan listrik, berpengaruh medan listrik, dan energi potensial listrik. Dari sedikit soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal perihal medan listrik dan gaya coulomb yang kerap keluar antara lain memilih letak muatan supaya medan listriknya sama dengan nol, menganalisis besar dan arah medan listrik yang dialami oleh suatu partikel, memilih berpengaruh medan dan potensial listrik di sentra sistem muatan berbentuk segitiga, memilih letak muatan supaya tak mengalami gaya coulomb sama sekali, memilih jarak antar dua muatan apabila besar gaya elektrostatisnya diketahui, memilih berpengaruh medan listrik yang dialami suatu muatan, memilih berpengaruh medan listrik yang diharapkan supaya potongan beling sanggup terapung di udara, dan memilih berpengaruh medan listrik di sentra 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 merupakan ….
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 tak 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 merupakan gaya coulomb dari muatan +10μC ditambah gaya coulomb oleh muatan -10μC.

Sesampai kemudian 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 merupakan a lagikan jarak antara q2 dan q3 merupakan 0,5a. Muatan q1 dan q2 masing-masing +10μC, +20μC. Agar gaya coulomb yang dialami q2 sama dengan nol, maka besar muatan q3 merupakan …
A. 2,5 μC
B. -2,5 μC
C. 25 μC
D. -25 μC
E. 4 μC

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

Baca Juga:   Model Soal Sbmptn Fisika Modern Radioaktif

Karena muatan pertama dan muatan kedua positif, maka supaya 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 berpengaruh 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 jika q positif, menuju q jika q negatif
(2) Berbanding eksklusif dengan q
(3) Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak OP
(4) Arahnya sama dengan gaya Coulomb pada muatan q’ di P jika q faktual dan berlawanan dengan gaya coulomb tersebut jika q negatif.

Pembahasan :
Jika muatan q positif, maka arah garis medan ke luar menjauhi muatan q (ke luar). Sebaliknya apabila 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 = berpengaruh medan listrik
k = tetapan
q = muatan
r = jarak titik ke muatan

Arah berpengaruh medan listriknya selalu sama dengan arah gaya Coulomb terhadap muatan q’ sebagai muatan uji. Jadi, opsi yang benar merupakan 1, 2, dan 3.

Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.

Soal 5
Sepotong pecahan beling bermassa 5 mg bermuatan 2 μC. Kuat medan listrik yang diharapkan untuk menahan supaya potongan keca tersebut sanggup terapung di udara merupakan …
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 beling 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

Baca Juga:   Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Kendala Dan Rangkaian Listrik

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 faktual q. Kuat medan dan potensial listrik di sentra segitiga tersebut, dengan k sebagai tetapan berturut-turut merupakan …
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 Bidang study fisika perihal medan listrik dan gaya coulomb ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb

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, sesampai kemudian:
⇒ Eo = E1 + E2 + E3
⇒ Eo = 0

Potensial listrik merupakan besaran skalar dan alasannya ialah 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 sentra koordinat. Agar sebuah muatan negatif tak 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 (tak 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 sesampai kemudian saling meniadakan.

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

Baca Juga:   Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Cahaya Dan Alat Optik

Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika perihal medan listrik dan gaya coulomb ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb
Sesampai kemudian 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 merupakan titik yang terletak di antara A dan B, sedemikian sesampai kemudian medan di C sama dengan nol, maka letak titik C dari partikel A merupakan …
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 sanggup diletakkan di antara kedua muatan tersebut sesampai kemudian arah medan listrik yang dihasilkan oleh A dan B berlawanan arah.

Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika perihal medan listrik dan gaya coulomb ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb
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 merupakan 6 cm.

Jawaban : D

Soal 10
Empat buah muatan diletakkan di setiap sudut persegi yang panjang sisinya 10√2 cm. Jika O merupakan titik perpotongan diagonal, maka berpengaruh medan listrik di titik O merupakan …
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 sanggup digambarkan menyerupai berikut:

Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika perihal medan listrik dan gaya coulomb ini meli Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb

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