Penghitung hukum Coulomb

Apa itu penghitung hukum Coulomb?

Penghitung hukum Coulomb adalah alat daring gratis yang menghitung gaya elektrostatik yang bekerja antara dua muatan titik. Masukkan besar setiap muatan dan jarak yang memisahkannya, dan penghitung mengembalikan gaya dalam newton. Hasilnya bertanda: nilai positif berarti muatan saling mendorong menjauh (gaya tolak-menolak), sementara nilai negatif berarti keduanya saling menarik (gaya tarik-menarik). Alat ini menghilangkan beban aritmetika dalam menangani muatan yang sangat kecil dan pangkat sepuluh, membuatnya praktis untuk pelajar, guru, dan siapa pun yang menjelajahi elektrostatika.

Konsep gaya elektrostatik

Gaya elektrostatik adalah interaksi antara benda-benda bermuatan listrik. Muatan sejenis (dua positif atau dua negatif) tolak-menolak, dan muatan tak sejenis (satu positif dan satu negatif) tarik-menarik. Gaya bekerja sepanjang garis lurus yang menghubungkan kedua muatan dan mematuhi hubungan kuadrat terbalik terhadap jarak, sama seperti gravitasi. Konstanta perbandingan, yang dikenal sebagai konstanta Coulomb, jauh lebih besar daripada konstanta gravitasi, itulah sebabnya bahkan jumlah muatan yang sangat kecil dapat menghasilkan gaya yang mengerdilkan tarikan gravitasi antara benda sehari-hari.

Penerapan hukum Coulomb dalam kehidupan sehari-hari

Hukum Coulomb mendasari berbagai teknologi dan fenomena alam. Ia menjelaskan mengapa balon yang digosok pada rambut menempel ke dinding, bagaimana debu menempel pada layar bermuatan, dan mengapa petir melepaskan muatan antara awan dan tanah. Insinyur mengandalkannya ketika merancang kapasitor, presipitator elektrostatik yang membersihkan gas buang, mesin fotokopi dan pencetak laser yang menggerakkan toner dengan drum bermuatan, serta isolasi yang menjaga peralatan tegangan tinggi tetap aman. Pada skala atom, hukum yang sama mengatur bagaimana elektron terikat ke inti dan bagaimana ion berikatan menjadi molekul.

Rumus

Besar dan arah gaya elektrostatik $F$ antara dua muatan titik diberikan oleh:

$F = k\,\frac{q_1 q_2}{r^2}$

Di mana:

• $F$ adalah gaya elektrostatik antara muatan (positif untuk tolak-menolak, negatif untuk tarik-menarik),
• $k$ adalah konstanta Coulomb ($8.9875517873681764 \times 10^{9} \, \text{N} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{C}^{-2}$),
• $q_1$ dan $q_2$ adalah kedua muatan dalam coulomb,
• $r$ adalah jarak antara muatan.

Karena muatan mempertahankan tandanya dalam hasil kali $q_1 q_2$, tanda hasil memberitahu Anda sifat gaya, dan suku kuadrat terbalik berarti gaya menurun cepat saat muatan saling menjauh.

Contoh

Contoh 1: Dua muatan sama $q_1 = q_2 = 1 \times 10^{-6}$ C berada $0.1$ m terpisah. Temukan gaya di antara keduanya.

1. Substitusikan nilai ke dalam rumus: $F = 8.9875517873681764 \times 10^{9} \cdot \frac{(1 \times 10^{-6})(1 \times 10^{-6})}{(0.1)^2}$

2. Sederhanakan pembilang dan penyebut: $F = 8.9875517873681764 \times 10^{9} \cdot \frac{1 \times 10^{-12}}{0.01}$

3. Hasilnya adalah $F \approx 0.898755$ N. Kedua muatan positif, sehingga gaya bersifat tolak-menolak.

Contoh 2: Muatan $q_1 = 2 \times 10^{-6}$ C dan muatan $q_2 = 3 \times 10^{-6}$ C terpisah sejauh $0.5$ m. Temukan gaya.

1. Substitusikan nilai: $F = 8.9875517873681764 \times 10^{9} \cdot \frac{(2 \times 10^{-6})(3 \times 10^{-6})}{(0.5)^2}$

2. Sederhanakan: $F = 8.9875517873681764 \times 10^{9} \cdot \frac{6 \times 10^{-12}}{0.25}$

3. Hasilnya adalah $F \approx 0.215701$ N, kembali gaya tolak-menolak karena kedua muatan positif.

Catatan

• Masukkan nilai negatif untuk suatu muatan guna mewakili muatan negatif; penghitung kemudian melaporkan gaya tarik-menarik (negatif) ketika kedua muatan memiliki tanda berlawanan.
• Hukum Coulomb berlaku untuk muatan titik atau distribusi muatan simetris bola, di mana $r$ diukur antara pusatnya.
• Konstanta $k$ mengasumsikan muatan berada dalam ruang hampa (atau, sebagai pendekatan yang baik, di udara). Pada medium lain gaya efektif dikurangi oleh permitivitas relatif bahan.
• Seperti gravitasi, gaya elektrostatik mengikuti hukum kuadrat terbalik, tetapi dapat tarik-menarik maupun tolak-menolak, sedangkan gravitasi selalu tarik-menarik.

FAQ

Satuan apa yang harus saya gunakan untuk muatan dan jarak?

Masukkan muatan dalam coulomb (atau pilih satuan lebih kecil seperti mikrocoulomb) dan jarak dalam meter atau satuan panjang lain yang didukung. Gaya dilaporkan dalam newton.

Mengapa gaya kadang-kadang negatif?

Hasil negatif menunjukkan gaya tarik-menarik, yang terjadi ketika kedua muatan memiliki tanda berlawanan. Hasil positif menunjukkan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

Bagaimana hukum Coulomb terkait dengan gaya gravitasi?

Keduanya adalah hukum kuadrat terbalik dengan bentuk matematis yang sama. Perbedaan utamanya adalah konstanta Coulomb sangat besar dibandingkan konstanta gravitasi, dan gaya elektrostatik dapat menarik atau menolak, sementara gravitasi hanya menarik.

Apakah medium antara muatan penting?

Ya. Penghitung ini mengasumsikan ruang hampa atau udara. Di dalam suatu bahan, molekul sekitar menyaring muatan dan mengurangi gaya dengan faktor sebesar permitivitas relatif medium.

Bisakah saya menggunakan penghitung ini untuk lebih dari dua muatan?

Ia menghitung gaya antara sepasang muatan tunggal. Untuk sistem dengan beberapa muatan, hitung gaya berpasangan secara terpisah dan jumlahkan sebagai vektor untuk menemukan gaya netto pada satu muatan mana pun.

Anda dapat menemukan alat ini di https://www.mega-calculator.com/id/physics/coulombs-law/.