Pernah nggak sih kamu berpikir kenapa rambut bisa berdiri setelah digosok pakai balon? Atau kenapa serpihan kertas bisa tertarik ke penggaris plastik setelah digosok ke kain? Nah, fenomena ini sebenarnya terjadi karena adanya gaya listrik, atau lebih spesifiknya, gaya Coulomb. Dalam dunia Fisika, gaya ini sangat penting karena menjadi dasar interaksi antara muatan-muatan listrik.
Gaya Coulomb itu sendiri merupakan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik. Gaya ini dijelaskan secara matematis oleh Charles-Augustin de Coulomb pada abad ke-18 dan sampai sekarang masih digunakan untuk mempelajari interaksi muatan di berbagai bidang, mulai dari sekolah sampai teknologi tinggi.
Pengertian Gaya Coulomb
Gaya Coulomb adalah gaya yang terjadi antara dua muatan listrik. Kalau dua muatan sejenis (misalnya positif dan positif), mereka akan saling tolak. Tapi kalau dua muatan berlawanan (positif dan negatif), mereka akan tarik-menarik. Gaya ini bekerja dalam garis lurus yang menghubungkan dua pusat muatan.
Satuan Gaya Coulomb
Satuan gaya Coulomb adalah Newton (N), sama seperti satuan gaya lainnya dalam Fisika. Newton sendiri adalah satuan turunan dalam Sistem Internasional (SI) dan menyatakan besar gaya yang dapat memberikan percepatan 1 m/s pada benda bermassa 1 kg.
Rumus Gaya Coulomb
Rumus gaya Coulomb sangat terkenal dalam dunia Fisika, terutama saat kamu membahas kelistrikan dan medan listrik. Rumusnya adalah:
F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}
Keterangan:
- F = gaya Coulomb (Newton)
- q_1 dan q_2 = besar muatan listrik (Coulomb)
- r = jarak antara dua muatan (meter)
- k = konstanta Coulomb, yaitu 8{,}99 \times 10^9 \ \text{Nm}^2/\text{C}^2
Gaya Coulomb dan Hubungannya dengan Jarak
Gaya Coulomb besarnya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara dua muatan. Artinya, jika jarak antar muatan diperbesar, maka gaya yang terjadi akan semakin kecil. Jadi, makin jauh muatan, makin kecil juga gaya tarik atau tolaknya.
Contoh Gaya Coulomb dalam Kehidupan Sehari-hari
Beberapa contoh gaya Coulomb yang bisa kamu temui di sekitar kita antara lain:
- Rambut berdiri setelah digosok balon
- Serpihan kertas tertarik ke penggaris plastik
- Listrik statis saat kamu menyentuh gagang pintu setelah berjalan di atas karpet
- Tarikan antara muatan dalam eksperimen kelistrikan di laboratorium
- Interaksi antara partikel dalam reaksi kimia juga melibatkan gaya Coulomb
Rumus Gaya Coulomb 2 Muatan
Kalau kamu hanya menghitung gaya antara dua muatan, maka rumus gaya Coulomb 2 muatan tetap sama seperti sebelumnya:
F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}
Namun, pastikan kamu perhatikan arah gaya. Gaya tarik dan gaya tolak bergantung pada jenis muatan. Kalau muatannya sejenis, arahnya saling menjauh. Kalau muatannya beda, arahnya saling mendekat.
Contoh Soal Gaya Coulomb Kelas 9 dan Pembahasannya
Berikut ini beberapa contoh soal gaya Coulomb beserta jawabannya yang bisa membantu kamu memahami konsepnya lebih dalam.
Contoh Soal 1
Dua muatan masing-masing 2 \times 10^{-6}\ C dan 3 \times 10^{-6}\ C berjarak 0,05 m. Hitung gaya Coulomb yang terjadi!
Jawaban:
- F = k \cdot \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot \frac{(2 \times 10^{-6}) (3 \times 10^{-6})}{(0{,}05)^2}
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot \frac{6 \times 10^{-12}}{0{,}0025}
- F \approx 21{,}576\ N
Contoh Soal 2
Jika dua muatan masing-masing 5 \times 10^{-6}\ C dan -2 \times 10^{-6}\ C terpisah sejauh 0,1 m, berapakah gaya tarik-menarik di antara keduanya?
Jawaban:
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot \frac{(5 \times 10^{-6})(2 \times 10^{-6})}{(0{,}1)^2}
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot \frac{10^{-11}}{0{,}01}
- F = 8{,}99\ N (gaya tarik karena muatan berbeda)
Contoh Soal 3
Jika gaya Coulomb antara dua muatan adalah 18 N, dan besar salah satu muatannya adalah 4 \times 10^{-6}\ C dengan jarak 0,2 m, hitung besar muatan lainnya.
Jawaban:
- Gunakan rumus dibalik: q_2 = \frac{F \cdot r^2}{k \cdot q_1}
- q_2 = \frac{18 \cdot 0{,}2^2}{8{,}99 \times 10^9 \cdot 4 \times 10^{-6}}
- q_2 \approx 2{,}5 \times 10^{-6}\ C
Contoh Soal 4
Dua muatan berjarak 0,3 m memberikan gaya tolak-menolak sebesar 1 N. Jika salah satu muatannya 6 \times 10^{-6}\ C, berapa besar muatan lainnya?
Jawaban:
- q_2 = \frac{F \cdot r^2}{k \cdot q_1} = \frac{1 \cdot 0{,}09}{8{,}99 \times 10^9 \cdot 6 \times 10^{-6}}
- q_2 \approx 1{,}67 \times 10^{-6}\ C
Contoh Soal 5
Berapa besar gaya Coulomb antara dua muatan 1 \times 10^{-9}\ C dan 2 \times 10^{-9}\ C yang dipisahkan sejauh 0,01 m?
Jawaban:
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot \frac{(1 \times 10^{-9})(2 \times 10^{-9})}{(0{,}01)^2}
- F = 8{,}99 \times 10^9 \cdot 2 \times 10^{-18} \div 10^{-4}
- F = 1{,}798 \times 10^{-4}\ N
Gaya Coulomb adalah salah satu konsep paling dasar dalam kelistrikan dan elektrostatika. Dengan memahami pengertian, satuan, rumus gaya Coulomb, dan tentunya dengan mengerjakan contoh soal gaya Coulomb kelas 9, kamu akan semakin paham bagaimana muatan-muatan listrik saling berinteraksi. Jangan lupa untuk terus latihan dan eksplorasi karena belajar Fisika itu bisa seru banget kalau kamu tahu caranya!
Baca juga: Pengertian Listrik Statis, Rumus, Manfaat & Contoh Soal