SOAL DAN PEMBAHASAN ELEKTROSTATIKA

Nomor 1 (UN 2013)
Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah sejauh 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P, maka gaya listrik yang terjadi adalah...

A. 8 N
B. 16 N
C. 32 N
D. 40 N
E. 56 N

Pembahasan
Membandingkan dua persamaan gaya Coulomb:

F2 = 8 N . 4 = 32 N
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2013)
Dua muatan listrik terpisah seperti gambar.

Kuat medan pada titik P adalah...A. 9,0 x 109 N/C
B. 4,5 x 109 N/C
C. 3,6 x 109 N/C
D. 5,4 x 108 N/C
E. 4,5 x 108 N/C

Pembahasan
Jika tanda muatan berbeda berarti besar medan listrik di P:
Ep = Eb - Ea
Ep = k (Qb / r12 - Qa / r22)
Ep = 9,0 x 109 (2 / 22 - 2,5 / 52)
Ep = 9,0 x 109 (1/2 - 1/10)
Ep = 3,6 x x 109 N
Jawaban: C

Nomor 3 (UN 2013)
Garis-garis gaya yang benar antara dua muatan adalah...

PembahasanGaris gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
Jawaban: E

Nomor 4

Dua buah muatan listrik identik tetapi bermuatan tidak sama diletakkan terpisah seperti gambar. F adalah gaya elektrostatis kedua muatan.


Jika jarak kedua muatan dijadikan ½ r, maka gaya elektrostatis yang bekerja pada tiap muatan adalah...
A. 8 F
B. 4 F
C. 3/2 F
D. ½ F
E. ¼ F

Pembahasan
Membandingkan 2 buah gaya listrik:

F2 = 4F

Jawaban: B

Nomor 5

Perhatikan gambar muatan listrik berikut.

Gaya listrik yang dialami q dari titik A adalah 12 N. Jika muatan q digeser mendekati titik A sejauh 5 mm, maka gaya listrik yang dialami yang dialami q adalah...
A. 54 N
B. 48 N
C. 27 N
D. 9 N
E. 3 N

Pembahasan

Gunakan rumus seperti nomor 1

F2 = 12 N . 4 = 48 N

Jawaban: B

Nomor 6

Dua muatan berjarak 2 meter berada diudara. Apabila jarak kedua muatan 6 kali semula, maka besar gaya Coulomb menjadi...
A. ½ kali semula
B. ¼ kali semula
C. 1/9 kali semula
D. 1/16 kali semula
E. 1/36 kali semula

Pembahasan

F2 = 1/36 F1

Jawaban: E

Nomor 7
Tiga buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.

Resultan gaya yang bekerja pada muatan +q adalah F1. Jika muatan − 2 q digeser menjauhi muatan + q sejauh a, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan +q menjadi F2. Nilai perbandingan F1 dengan F2 adalah....
A. 2 : 5
B. 5 : 2
C. 5 : 8
D. 8 : 1
E. 8 : 5

Pembahasan

Tentukan terlebih dahulu besar F1

F1 = (k . 2q . q) / (a)2 + (k . q . 2q) / (a)2  = 2 k q2/a2 + 2 k q2/a2 = 4 k q2/a2 

Menentukan besar F2
F2 = (k . 2q . q) / (a)2 + (k . q . 2q) / (2a)2  = 2 k q2/a2 + 1/2 k q2/a2 = 5/2 k q2/a2

Jadi

F1 : F2 = 4 k q2/a2 : 5/2 k q2/a2 
F1 : F2 = 8 : 5

Jawaban: E

Nomor 8

Tiga muatan listrik disusun seperti gambar.

Agar muatan uji P bebas dari pengaruh gaya elektrostatik muatan Q1 dan Q2, maka nilai x adalah ...
A. 4 cm
B. 5 cm
C. 6 cm
D. 7 cm
E. 8 cm

Pembahasan
Untuk menghitung nilai x gunakan

E1 = E2

E1 = E2

                                                                                                                                                                

k Q1 / r12 = k Q2 / r22  

1/2 =  x /(x + 4)

x + 4 = 2x sehingga 2x - x = 4

x = 4

Jawaban: A

Nomor 9

Titik A terletak di tengah-tengah dua buah muatan yang sama besar tetapi berlainan jenis yang terpisah sejauh a. Besar kuat medan listrik di titik A saat itu 36 NC– 1 . Jika titik A tersebut digeser 1/4 a mendekati salah satu muatan maka besar kuat medan listrik di titik A setelah digeser menjadi....

A. 4 N/C

B.  16 N/C

C.   32 N/C

D.  40 N/C

E.   80 N/C

Pembahasan

Membandingkan 2 persamaan medan listrik
E1 / E2 = k Q1 / r12 / k Q2 / r22 = r22 / r12

E2 = 36 . 4/9 = 16 N/C
Jawaban: B

Nomor 10
Perhatikan gambar berikut ini.


Kuat medan listrik dititik A adalah...(k = 9 . 109 Nm2/C2)

A. 9,0 . 107 N/C

B. 7,5 . 107 N/C

C. 7,2 . 107 N/C

D.  6,0 . 107 N/C

E.  5,4 . 107 N/C

Pembahasan
EA = E1 + E2 = k (Q1 / r12 + Q2 / r22)
EA = 9 . 109 ( 3 . 10-6 / (0,03)2 + 2 . 10-6 / (0,02)2 N/C
EA = 9 . 109 (1/3 . 10-2 +  1/2 . 10-2) N/C
EA = 9 . 109 (5/6 . 10-2) N/C = 7,5 . 107 N/C
Jawaban: B

Nomor 11

Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.

Besar energi listrik dalam rangkaian kapasitor gabungan ini adalah...

A.  0,6 . 10-3 joule

B.  1,2 . 10-3 joule

C.  1,8 . 10-3 joule

D. 2,4 . 10-3 joule

E.  3,0 . 10-3 joule

Pembahasan

Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas.
1/Cs1 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = (3 + 2 + 1) / 12 = 6/12 = 2 µF
Cs1 = 2 µF
1/Cs2 = 1/2 + 1/2 = 1 µF
Cs2 = 1 µF
Ctotal = 2 µF + 1 µF = 3 µF = 3 . 10-6 F
Menghitung energi potensial kapasitor
E = 1/2 C V2 = 1/2 . 3 . 10-6 F . (40 V)2 
E = 2,4 . 10-3 J
Jawaban: D

Nomor 12
Perhatikan gambar rangkaian kapasitor berikut.

Besar energi listrik pada kapasitor gabungan adalah...

A. 1,44 . 10-4 J

B. 2,88 . 10-4 J

C. 5,76 . 10-4 J

D.7,20 . 10-4 J

E. 8,34 . 10-4 J

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu kapasitas pengganti susunan kapasitor diatas.

Cp1 = 7 µF + 5 µF = 12 µF
Cp2 = 4 µF + 2 µF = 6 µF
1/Ctot = 1/12 + 1/4 + 1/6 = (1 + 3 + 2) / 12 = 6/12
Ctot = 2 µF = 2 . 10-6 F
Menghitung energi potensial kapasitor
E = 1/2 C V2 = 1/2 . 2 . 10-6 F . (24 V)2 
E = 576 . 10-6 J
Jawaban: C

Nomor 13

Perhatikan faktor-faktor berikut ini!
(1) konstanta dielektrik
(2) tebal pelat
(3) luas pelat
(4) jarak kedua pelat
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar jika diberi muatan adalah….
A. (1) dan (2) saja
B. (3) dan (4) saja
C. (1), (2), dan (3)
D. (1), (2), dan (4)
E. (1), (3), dan (4)

Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar adalah dielektrik, luas pelat dan jarak antar pelat.
Jawaban: E