Hukum Coulomb
Dua benda bermuatan saling mendorong atau menarik dengan gaya listrik. Gaya itu membesar jika salah satu muatan lebih besar, tetapi melemah sangat cepat ketika muatan-muatan itu saling menjauh — menggandakan jarak di antara keduanya membuat gaya tersebut menjadi hanya seperempatnya.
Rumus
F = k · q₁ · q₂ / r²
- F — gaya (N): dorongan atau tarikan listrik antara dua muatan
- k — konstanta Coulomb (N·m²/C²): angka tetap, sekitar sembilan kali sepuluh pangkat sembilan, yang menentukan kekuatan gaya listrik
- q₁ — muatan pertama (C): besarnya muatan listrik pada benda pertama
- q₂ — muatan kedua (C): besarnya muatan listrik pada benda kedua
- r — jarak (m): jarak antara pusat kedua muatan
Contoh yang diselesaikan
Dua muatan kecil, q₁ = 2 μC dan q₂ = 1 μC, berjarak 0,1 meter. Berapa gaya listrik yang mereka berikan satu sama lain?
- q₁ = 2 μC
- q₂ = 1 μC
- r = 0.1 m
- F = k · q₁ · q₂ / r²
- F = (9×10⁹ · 2×10⁻⁶ · 1×10⁻⁶) / (0.1)²
F = 1.8 N
Uji diri Anda
Kedua muatan yang sama dijauhkan menjadi dua kali jaraknya, 0,2 meter. Berapa gaya yang baru?
- 0.9 N
- Jawaban benar: 0.45 N
- 3.6 N
Benar! Menggandakan jarak membagi gaya menjadi seperempat, karena jarak dikuadratkan: 1.8 N ÷ 4 = 0.45 N.
Dengan r tetap 0,1 meter, q₁ digandakan menjadi 4 μC sementara q₂ tetap 1 μC. Berapa gaya yang baru?
- 1.8 N
- 0.9 N
- Jawaban benar: 3.6 N
Tepat sekali — gaya berbanding lurus dengan masing-masing muatan, jadi menggandakan q₁ menggandakan F: 1.8 N × 2 = 3.6 N.
Di mana Anda melihatnya
Gosokkan sebuah balon ke rambut Anda dan ia menempel di dinding; pakaian yang baru keluar dari mesin pengering saling menempel dan memercikkan percikan; mesin fotokopi menarik toner tepat ke bagian-bagian drum yang bermuatan. Dalam setiap kasus, muatan-muatan kecil yang terpisah saling mendorong dan menarik dengan gaya yang sangat besar saat berdekatan dan melemah dengan cepat seiring bertambahnya jarak.
Kesalahan umum
Kesalahan refleks adalah membagi dua: jarak digandakan, gaya menjadi setengahnya — padahal jarak dikuadratkan, jadi menggandakannya membagi gaya menjadi seperempat (1.8 N menjadi 0.45 N), dan menjadikannya tiga kali lipat membaginya dengan sembilan. Muatan tidak mendapat eksponen seperti itu: menggandakan salah satu muatan cukup menggandakan gaya (1.8 N menjadi 3.6 N), dan hanya r dalam F = k · q₁ · q₂ / r² yang memikul kuadrat itu. Ingat, gayanya bisa mendorong menjauhkan atau menarik mendekatkan — tidak seperti gravitasi, muatan datang dalam dua tanda.
Bagaimana ini terhubung
Inilah kembaran listrik dari gravitasi: F = k · q₁ · q₂ / r² memiliki geometri kuadrat-terbalik yang persis sama dengan hukum Newton, mengganti massa dengan muatan dan menambahkan gaya tolak. Hukum ini menjadi fondasi seluruh modul elektromagnetisme — kapasitansi, berikutnya, adalah apa yang terjadi ketika Anda menyimpan muatan yang dipindahkan ke sana kemari oleh hukum ini, dan setiap pelajaran selanjutnya mengasumsikan muatan berinteraksi dengan cara ini.