Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya tarik-menarik atau gaya tolak menolak antara dua muatan listrik. Apabila gaya muatannya sama maka ( Fc ) akan tarik menarik. Dan apabila tak sama maka akan tolak-menolak. Ilmuwan Perancis, Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806), menyelidiki hubungan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya menggunakan alat neraca puntir Coulomb.
Dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb menyelidiki hubungan gaya dan muatan ini, dengan menggunakan dua bola konduktor (bola A dan C) yang digantungkan melalui kawat tipis, satu bola lagi (bola B) dengan ukuran dan bentuk yang sama diletakan di dekat salah satu bola konduktor tersebut (bola A). Kedua bola A dan B yang berdekatan ini disentuhkan pada benda bermuatan, sehingga mendapatkan muatan yang sama. Karena ukuran bola tersebut sama, maka ketika bola B di letakkan pada jarak tertentu dari bola A, batang penghubung bola A dan C akan berputar sedikit.
Dengan mengukur sudut putaran tersebut, Charles Coulomb dapat menentukan gaya yang diperlukan untuk memutarnya. Berdasarkan percobaan dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb menyimpulkan bahwa besar gaya listrik antara dua benda bermuatan adalah:
Secara matematis, rumusan Gaya Coulomb (Fc) dapat dituliskan sebagai berikut.Berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatan partikel atau F q1 . q 2
Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan atau F 1 r²
| Keterangan: Fc = gaya Coulomb (newton) k = konstanta = 9 x 109 Nm2/C2 r = jarak antara dua muatan (meter) q1 = besar muatan listrik pertama (coulomb) q2 = besar muatan listrik kedua (coulomb) |
Contoh Soal 1
Dua buah muatan listrik positif yang ada di dalam membran sel saraf masing-masing sebesar q dan 2q terletak pada jarak 2 cm. Hitung berapakah gaya coulomb yang dialami kedua muatan tersebut jika q = 1,6 x 10-19 C !
Diketahui:
Muatan 1 (q1) = +q = 1,6 x 10-19 C
Muatan 2 (q2) = +2q = 3,2 x 10-19 C
Jarak kedua muatan (r) = 2 cm = 2 x 10-2 m
Konstanta = 9 x 109 Nm²/C²
Ditanya: gaya coulomb kedua muatan.
Jawab:
Diketahui:
Muatan 1 (q1) = +q = 1,6 x 10-19 C
Muatan 2 (q2) = +2q = 3,2 x 10-19 C
Jarak kedua muatan (r) = 2 cm = 2 x 10-2 m
Konstanta = 9 x 109 Nm²/C²
Ditanya: gaya coulomb kedua muatan.
Jawab:
| F = k . | q1 . q 2 |
| r² |
| F = 9 x 109 Nm²/C² x | (1,6 x 10-19 C) x (3,2 x 10-19 C)2 |
| (2 x 10-2 m)² |
F = 11,52 x 10-25 N
Jadi besar gaya coulomb yang dialami muatan positif q dan 2q yang terpisah pada jarak 2 cm adalah 11,52 x 10-25 N
Contoh Soal 2
Jika besar gaya coulomb antara dua muatan identik A dan B adalah 1,6 N, serta kedua muatan tersebut terpisah pada jarak 3 cm, berapakah besar masing-masing muatan A dan B?
Gaya coulomb kedua muatan = 1,6 N
Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m
Ditanya: besar masing-masing muatan A dan B
Jawab:
Muatan A dan B identik, sehingga qA=qB=qC
| F = k . | q1 - q 2 |
| r² |
| F = 1,6 = 9 x 109 Nm²/C² x | q 2 |
| (3 x 10-2 m)² |
| q² = | 1,6 x 9 x 10-4 |
| 9 x 109 |
| q = √1,6 x 10-13 = √16 x 10-14 |
Jadi masing-masing muatan identik A dan B adalah 0,4 μC
Contoh Soal 3
Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar!
Diketahui :
q1 = 6μC = 6 x 10-6 C
q2 = 12μC = 12 x 10-6 C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10-1 meter
Ditanyakan F = ....?
| F = k . | q1 - q 2 |
| r² |
| F = 9 x 109 Nm²/C² x | (6 x 10-6 C) x (12 x 10-6 C)2 |
| (3 x 10-1 m)² |
| F = | 9 x 6 x 12 x 10-3 | = 7,2 Newton |
| 9 x 10-2 |
