Fisika SMP Kelas IX (9). Teori singkat, inti atom, interaksi bahan-bahan, dan memuati elektroskop disertai contoh soal hitungan sederhana dan pembahasan.

Inti atom
Partikel-partikel penyusun suatu atom:

Elektron → bermuatan negatif
Proton→ bermuatan positif
Neutron→ tidak bermuatan

Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.

Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)

Besar gaya tarik atau gaya tolak tersebut bisa ditemukan dengan rumus berikut:

Dimana
F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dalam satuan newton (N)
q₁ = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)
q₂ = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 10⁹ dalam satuan yang standar

Catatan

• 1μC = 10⁻⁶ C = 0,000001 C (sepersejuta)
• Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda minusnya dalam perhitungan.

Muatan Bahan-Bahan
Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:

Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.

Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.

Yang belum tahu ebonit, sedikit informasi, ebonit itu sebangsa karet vulkanisir yang teksturnya keras. Dibuat dari karet yang dicampur dengan belerang atau sulfur, banyak dipakai diperalatan listrik sebagai isolator atau bahan penyekat.

Elektroskop
Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.

 

Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).

Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.

 

Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.

Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop. 

Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?
Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)

• Gambar manakah yang benar untuk sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan pada elektroskop bermuatan listrik positif?

Ntar kita jawab jg di sini, yang jelas antara B atau C krn bagian kepala musti positif, skrg diskusikan dulu ya,..elektroskop positif itu yang seperti apa dan bagaimana sebuah elektroskop bisa menjadi bermuatan positif.

Contoh-Contoh Soal Teori dan Hitungan di Listrik Statis 9 SMP
Soal No. 1
Dua buah muatan masing-masing q₁ = 6 μC dan q₂ = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 10⁹ dalam satuan standar!

Pembahasan
Data dari soal:
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 12μC = 12 x 10⁻⁶ C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10⁻¹ meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan

 

Soal No. 2
Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 C 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!

Pembahasan
Data :
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
F = 1,6 C 1,6 N
r =....?

Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1 

Salah rupanya,..kita coba sekali lagi,..

Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 45 cm. (Thanks to sahs & raqib atas koreksinya,...)

Soal No. 3
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)² adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F 

Kenapa tiba2 begitu?

Jalan panjangnya seperti berikut ya:

Rumus dasar yang digunakan adalah ini 

 

Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F₁, dimana F₁ nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F₂.

Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka 

 

kQ₁Q₂ nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret. 

 

Susun lagi yang bagus, pindahkan F₁ ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus2 seperti soal ini. 

 

Saatnya dimasukkan datanya, r₁ bisa dicoret, hingga diperoleh 

 

Nomor 4 dikerjakan dengan cara yang sama jika menghendaki jalan panjangnya. 

Soal No. 4
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)² adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F 

Soal No. 5
Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!

Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik: 

W = Q × ΔV

dimana:
W = energi atau usaha yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)

Sehingga:
W = Q × ΔV
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ

Soal No. 6
Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F

Soal No. 7
Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...
A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca 
B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera 
C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca 
D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera 
(Ebtanas 2003)

Pembahasan
Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera. 

Soal No. 8
Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...
A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol 
B. elektron dari wol pindah ke ebonit 
C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit 
D. elektron dari ebonit pindah ke wol 
(Ebtanas 1991)

Pembahasan
Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.

Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut! 

 

Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...
A. 2 dan 4 
B. 6 dan 4 
C. 4 dan 2 
D. 4 dan 6 
(Ebtanas 1993)

Pembahasan
Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:
Nomor atom = jumlah proton
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:
Nomor atom = jumlah proton = 2
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4

Soal No. 10
Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut! 

 

Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...

(Dari UN IPA Fisika SMP 2012)

Pembahasan
Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.

Bank Soal Semester Listrik Statis 9 SMP

Try Out Listrik Statis 9 SMP

Soal No. 11
Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi! 

 

Pembahasan
(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi. -> A lebih tinggi
(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif -> A lebih tinggi
(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi

Soal No. 12
Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini. 

 

Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!

Pembahasan
Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik ya,..Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik ya,.. 

 

Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A.

Berikut dua soal dari UN IPA SMP/MTs tahun 2014 lalu, tabel di atas nampaknya masih relevan untuk menjawab  soal-soal tersebut di bawah:

Soal No. 13
Kaca yang digosok dengan sutera akan terjadi proses pemuatan listrik pada kaca maupun sutera. Pada tabel berikut ini penjelasan yang benar adalah....

(UN IPA SMP Tahun 2014)

Soal No. 14
Setelah kaca digosok-gosok dengan kain sutera, kaca bermuatan listrik. Proses terjadinya muatan listrik pada benda-benda tersebut ditunjukkan oleh....

(UN IPA SMP Tahun 2014)