HUKUM COULOMB
Interaksi Muatan Listrik dan Gaya Elektrostatik
1. Identitas
Nama Guru | : | Rosmwati, S.Pd.Gr |
Mata Pelajaran | : | Fisika |
Hari/Tanggal | : | Senin/ 27 Juli 2027 |
Kelas | : | XII |
Materi | : | Hukum Coulomb |
2. Tujuan Pembelajaran
1) Murid mampu menjelaskan konsep gaya listrik (gaya Coulomb) antara dua muatan listrik.
2) Murid mampu merumuskan Hukum Coulomb dan faktor-faktor yang memengaruhi besarnya gaya listrik.
3) Murid mampu menghitung besar gaya Coulomb antara dua muatan atau lebih menggunakan persamaan matematis.
4) Murid mampu menerapkan konsep Hukum Coulomb dalam menyelesaikan permasalahan sehari-hari.
3. Ayat Al Qur'an yang berkaitan dengan materi pelajaran
QS. Al-Qamar (54) ayat 49:
“Sesungguhnya Kami menciptakan segala sesuatu menurut ukuran.”
Kaitan dengan materi:
Ayat ini menegaskan bahwa segala sesuatu di alam semesta, termasuk interaksi antar partikel bermuatan listrik, diciptakan Allah SWT dengan ukuran, kadar, dan aturan yang pasti. Hukum Coulomb adalah salah satu bukti bahwa gaya antar muatan listrik tidak terjadi secara acak, melainkan mengikuti persamaan matematis yang teratur dan dapat diprediksi, sebagai tanda kebesaran dan keteraturan ciptaan Allah SWT.
4. Materi Pembelajaran
Assalamu'alaikum wr wb
Anak-anak ibu/bapak yang sholeh sholeha, selamat pagi semuanya. Semoga kalian semua selalu dalam keadaan sehat dan dalam lindungan Allah, aamiin.
Pada pertemuan kali ini kita akan mempelajari materi tentang Hukum Coulomb.
Berikut ini materinya:
a. Latar Belakang
Pada tahun 1785, seorang fisikawan Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb melakukan percobaan menggunakan neraca puntir (torsion balance) untuk mengukur gaya interaksi antara dua benda bermuatan listrik. Dari percobaan tersebut, Coulomb menemukan bahwa besar gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik bergantung pada besar kedua muatan dan jarak antara keduanya.
b. Bunyi Hukum Coulomb
“Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan hasil kali kedua muatan tersebut, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.”
c. Persamaan Hukum Coulomb
F = k · (q₁ · q₂) / r²
Keterangan:
• F = gaya Coulomb (Newton, N)
• k = konstanta Coulomb ≈ 9 × 10⁹ N·m²/C²
• q₁, q₂ = besar muatan listrik (Coulomb, C)
• r = jarak antara kedua muatan (meter, m)
d. Sifat Gaya Coulomb
• Jika kedua muatan sejenis (sama-sama positif atau sama-sama negatif), gaya yang timbul bersifat tolak-menolak.
• Jika kedua muatan berbeda jenis (satu positif, satu negatif), gaya yang timbul bersifat tarik-menarik.
• Gaya Coulomb bekerja sepanjang garis lurus yang menghubungkan kedua muatan.
• Semakin besar muatan, semakin besar gaya yang dihasilkan; semakin jauh jarak, semakin kecil gaya yang dihasilkan.
e. Prinsip Superposisi
Jika terdapat lebih dari dua muatan yang saling berinteraksi, gaya total yang dialami satu muatan merupakan jumlah vektor dari seluruh gaya Coulomb yang bekerja padanya akibat muatan-muatan lain di sekitarnya.
f. Contoh Penerapan
• Prinsip kerja mesin fotokopi dan printer laser (memanfaatkan gaya elektrostatik untuk menempelkan toner).
• Cat semprot elektrostatik pada industri otomotif.
• Filter udara elektrostatik pada cerobong asap pabrik.
g. Contoh Soal
Dua muatan listrik masing-masing sebesar +2 μC dan +4 μC terpisah pada jarak 3 cm satu sama lain. Tentukan besar gaya Coulomb yang bekerja antara kedua muatan tersebut!
Penyelesaian:
q₁ = 2 × 10⁻⁶ C, q₂ = 4 × 10⁻⁶ C, r = 3 × 10⁻² m, k = 9 × 10⁹ N·m²/C²
F = k · (q₁ · q₂) / r² = (9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ × 4 × 10⁻⁶) / (3 × 10⁻²)²
F = (72 × 10⁻³) / (9 × 10⁻⁴) = 80 N
Jadi, gaya Coulomb antara kedua muatan tersebut adalah 80 Newton dan bersifat tolak-menolak karena kedua muatan sejenis (positif).
5. Assessment
5) Jelaskan bunyi Hukum Coulomb beserta persamaan matematisnya!
6) Sebutkan faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Coulomb antara dua muatan listrik!
7) Dua muatan listrik +5 μC dan −3 μC terpisah pada jarak 5 cm. Hitunglah besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan tersebut, dan jelaskan sifat gayanya (tarik-menarik/tolak-menolak)!
8) Jika jarak antara dua muatan diperbesar menjadi dua kali semula, bagaimana pengaruhnya terhadap besar gaya Coulomb? Jelaskan dengan menggunakan persamaan!
9) Sebutkan minimal tiga contoh penerapan Hukum Coulomb/gaya elektrostatik dalam kehidupan sehari-hari!
Demikian materi pelajaran hari ini, untuk penjelasan lebih detail akan disampaikan saat pembelajaran di kelas. Semoga materi ini dapat dipahami dengan baik dan bermanfaat untuk kalian.
Wassalamu'alaikum Wr. Wb.
6. Refleksi
(Diisi setelah pembelajaran selesai dilaksanakan)
Refleksi Kelas XII ……
• Ketercapaian tujuan pembelajaran: …………………………………………………………
• Kendala yang dihadapi selama pembelajaran: ……………………………………………
• Rencana tindak lanjut/perbaikan: …………………………………………………………
