Muatan Q2 = 3 uC terletak segaris dan berada di tengah-tengah antara muatan Q1 = 2 uC dan muatan Q3 = 4 uC. Jarak Qi dan Q2 = 2 meter, jarak Q1 dan Q3 = 3 meter. Jika k = 9 x 10° N.m².C-2 dan 1 °C = 10-6 C, maka besar dan arah gaya pada muatan Q3 adalah.... 

Pada soal tersebut terdapat tiga buah muatan positif yang segaris. Kamu masih ingat kan bahwa muatan berbeda jenis akan tarik menarik dan muatan yang sejenis akan tolak menolak. Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak menolak ini disebut dengan gaya Coulomb. Yuk kita review lebih lanjut mengenai konsep gaya Coulomb.

Identifikasi Konsep

Berdasarkan Hukum Coulomb, besarnya gaya tarik menaik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut. Gaya Coulomb dapat dirumuskan sebagai:

\(F=k\frac{q_1q_2}{r^2}\)

dimana:
\(F\) = gaya Coulomb (N)
\(q_1\) = muatan listrik pertama (C)
\(q_2\) = muatan listrik kedua (C)
\(r\) = jarak kedua muatan (m)
\(k\) = konstanta elektrostatik (\(9\times 10^9 \text N\text m^2/\text C^2\))

Ingat, gaya merupakan besaran vektor ya. Sehingga gaya Coulomb memiliki nilai dan arah.
Sekarang kita analisis kasus pada soal.

Pada soal diketahui:
\(Q_1\) = 2μC = \(2\times 10^{-6}\) C
\(Q_2\) = 3μC = \(3\times 10^{-6}\) C
\(Q_3\) = 4μC = \(4\times 10^{-6}\) C
jarak \(Q_1\) dan \(Q_3\) = 3 m

Pada soal juga disebutkan muatan \(Q_2\) terletak di tengah-tengah \(Q_1\) dan \(Q_3\), kita <b>asumsikan muatan \(Q_2\) tepat di tengah</b> sehingga membagi jarak \(Q_1\) dan \(Q_3\) sama besar.

Yang ditanyakan adalah besar dan arah gaya pada muatan \(Q_3\)?

Muatan \(Q_3\) akan tolak menolak dengan muatan \(Q_1\) dan \(Q_2\) karena muatannya sejenis. Gaya Coulomb yang dialami muatan \(Q_3\) dapat diilustrasikan sebagai berikut
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-10/ChapId-56/LessonId-258/ModuleId-2/QuestionCode-21IQCHNJASV/coulomb.PNG" />
Kita hitung besarnya gaya \(F_{31}\) dan \(F_{32}\) terlebih dahulu ya.
\(F_{31}=k\frac{q_3q_1}{r_{31}^2}\)
\(F_{31}=\frac{9\times 10^9\times 4\times 10^{-6}\times 2\times 10^{-6}}{3^2}\)
\(F_{31}=\frac{72\times 10^{-3}}{9}\)
\(F_{31}=8\times 10^{-3}\) N

\(F_{32}=k\frac{q_3q_2}{r_{32}^2}\)
\(F_{32}=\frac{9\times 10^9\times 4\times 10^{-6}\times 3\times 10^{-6}}{1,5^2}\)
\(F_{32}=\frac{108\times 10^{-3}}{2,25}\)
\(F_{32}=48\times 10^{-3}\) N

Sehingga besar gaya pada muatan \(Q_3\) adalah
\(F_3=F_{31}+F_{32}\)
\(F_3=(8\times 10^{-3})+(48\times 10^{-3})\)
\(F_3=56\times 10^{-3}\) N 
Arah gayanya adalah menjauhi \(Q_1\) dan \(Q_2\)

Pembahasan Identifikasi Masalah dan Solusi

Jadi besar dan arah gaya pada muatan \(Q_3\) adalah \(56\times 10^{-3}\) N menjauhi \(Q_1\) dan \(Q_2\).