Hukum Coulomb: Medan di Sekitar Muatan Titik
1 · Memprediksi
Sebuah muatan titik berada sendirian di ruang angkasa. Jika suatu titik uji dipindahkan dua kali lebih jauh, berapakah penurunan kuat medan listriknya?
- Bidang tersebut turun menjadi 1 /4 — bidang tersebut turun seiring dengan kuadrat jarak.
- Bidang tersebut turun ke 1 /2 — bidang tersebut menurun secara linier seiring dengan jarak.
- Bidangnya tetap sama berapa pun jaraknya.
2 · Pengaturan
- Buka preset single-charge dan tekan Reset. Biaya sumber ditetapkan pada q = 5 nC.
- Aktifkan pembacaan kuat medan pada titik tes.
- Tetapkan jarak titik uji dari muatan untuk setiap percobaan dan catat kekuatan medannya.
3 · Kumpulkan Data
| Jarak r (m) | Potensi V (V) | Kekuatan medanE (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
Plot kekuatan medan E (sumbu y) terhadap 1/r² (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung E = kq/r² menggunakan k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan, dengan menggunakan hukum kuadrat terbalik, mengapa menggandakan jarak menjadi seperempat kekuatan medan daripada mengurangi separuhnya.
5 · Perluas
- Kolom potensial Anda (V = kq/r) jatuh lebih pelan dibandingkan bidang (1/r bukannya 1/r²). Jelaskan mengapa potensial dan medan mempunyai ketergantungan jarak yang berbeda walaupun keduanya berasal dari sumber muatan yang sama.
- Hukum Coulomb E = kq/r² memiliki bentuk matematika yang sama persis dengan medan gravitasi Newton g = GM/r². Mengapa dua gaya yang sangat berbeda (listrik dan gravitasi) bisa berbagi struktur persegi terbalik ini?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Hukum Coulomb
Muatan titik menciptakan medan listrik radial yang jatuh dengan kuadrat jarak: E = kq/r², di mana k = 1 /(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². Gaya pada muatan uji adalah F = qE.