Memahami Rumus dan Konsep Hukum Coulomb | Fisika Kelas 9

Artikel ini membahas tentang rumus dan hukum Coloumb, serta bagaimana kita bisa memahami konsepnya dengan mudah.

—

Dalam tulisan mengapa petir bisa terjadi ini, kamu sudah tahu kalau muatan listrik terdiri dari dua jenis: muatan positif dan negatif. Kenyataannya, interaksi dari muatan-muatan itu bisa menghasilkan gaya, lho. Wah, gaya? Seperti apa itu? Di kelas delapan, kita sudah sama-sama tahu apa itu pengertian gaya dan pengaruhnya terhadap benda lain.

Tapi, gaya hasil dari benda bermuatan listrik, kira-kira kayak gimana ya?

Supaya bisa menjawabnya, mari kita berkenalan dengan fisikawan Prancis bernama Charles-Augustin de Coulomb. Dialah salah satu ilmuwan yang penemuannya paling berpengaruh dalam sejarah kelistrikan.

Coulomb belajar matematika di kampus terkenal Collège des Quatre-Nations. Tahun 1759, ia masuk sekolah militer Mézières. Setelahnya, Coloumb menghabiskan sembilan tahun hidupnya di Hindia Barat menjadi insinyur militer. Saat revolusi Prancis bergejolak, dia memutuskan untuk pensiun dan tinggal di Blois, Prancis, dan mengabdikan dirinya menjadi peneliti ilmiah.

Coulomb ini mulai mengembangkan penelitian mengenai listrik dengan menyelidiki lebih lanjut mengenai hukum tolakan listrik yang ditemukan Joseph Priestley. Lalu, pada 1768, dengan menggunakan Torsion Balance, Coloumb mulai ngotak-ngatik dan mengecek interaksi dari dua benda bermuatan.

Torsion balance (Sumber: nationalmaglab.org)

Dari sana dia tahu kalau ada karakteristik tertentu dari benda-benda yang bermuatan. Kalau muatannya sejenis, benda ini akan mengalami gaya tolak-menolak. Sementara kalau muatannya beda jenis, gaya yang timbul tarik-menarik.

Seperti apa?

Yak, betul. Kayak sifat magnet.

Tidak hanya sifat dari gaya yang muncul, Coulomb juga mencoba mengubah variabel-variabel yang ada. Iya, dia pengen tahu, “Gimana sih cara menghitung gayanya?”

Pertama, dari dua benda tadi, dia mengubah besar-kecilnya muatan di salah satu benda (dengan menambah muatan, atau menguranginya dengan mengalirkan ke bumi) sambil mengecek perubahan gaya yang terjadi.

Ternyata, gaya sebanding dengan perubahan muatan kedua benda. Maka, dia mendapatkan hasil sementara:

F ∝ Q₁Q₂

Tidak berhenti sampai di sana, ia mengubah jarak antara dua benda tadi. Ia menjauhkan lalu mendekatkan kembali kedua benda tersebut. Sambil tetap memeriksa gaya yang terjadi.

Ternyata, gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Semakin jauh jarak dua benda tadi, gaya yang dihasilkan akan semakin mengecil sebesar pangkat dua. Dia pun dapat hipotesis lanjutan:

dengan menggabungkan dengan hipotesis pertama, maka gaya yang timbul menjadi seperti gini:

Wah, udah mulai kebentuk nih pencarian gaya dari benda-benda bermuatan si Coulomb.

Tapi, ini belum selesai.

Coulomb ternyata menyadari bahwa interaksi ini akan beda hasilnya, kalau dilakukan di medium yang berbeda. Kalau benda ini ada di dalam air, misalnya. Hasilnya akan berbeda dengan di udara terbuka, misalnya.

Baca juga: Penerapan Listrik Dinamis di Sekitar Kita

Maka, dia butuh satu variabel lagi.

Yak, betul. konstanta. Berhubung kita kemungkinan besar ngebuat percobaan atau ngitung gaya dua benda bermuatan ini di udara terbuka, atau ruang hampa, sehingga konstantanya jadi 9 x 10⁹ Nm²/C². Sehingga kesimpulan hukum Coulomb adalah sebagai berikut:

Konsep pencarian konstanta ini sebenarnya mirip-mirip dengan penemuan Cavendish tentang gaya gravitasi bumi. Cuma, ya, kita nggak akan terlalu jauh sampai sana sih. Yang paling penting adalah kebayang bagaimana konsep dari penemuan gaya ini. Soalnya, kalau udah kebayang, kan, nggak perlu ribet-ribet harus terpaksa menghafal rumusnya. Tinggal pahamin cerita soal Coulomb ini, lalu bakal auto inget deh sama materi dan konsepnya. Ya, kamu bisa aja, sih, bikin “hafalan cepet” pakai singkatan kayak gaya = kakiku dibagi rata-rata buat ngapalin rumusnya. Tapi, buat apa, kalau cuma sekadar ingat gituan? :p

Sekarang kita coba masuk ke contoh soal ya. Di artikel ini gampang aja deh. Cuma biar nggak salah pake dan tahu kalau kita harus muterin balik ke satuan yang dipakai.

Contoh:

Jika ada dua benda bermuatan dengan Q₁ = 4 x 10^-6 C dan Q₂ = 6 x 10^-6 C dengan jarak 2 cm. Berapakah gaya Coulomb yang terdapat di antara dua benda tersebut?

Pembahasan:

Catatan: karena jenis muatan Q₁ (+4) dan Q₂ (+6) sama-sama positif, maka gaya yang terjadi di antara mereka adalah gaya tolak-menolak.

Nah, gimana? Sekarang udah lebih paham, kan, soal rumus hukum Coulomb ini? Kalau kamu ingin mencoba latihan dengan soal-soal yang lebih banyak, atau ingin tahu penerapannya, tonton aja di ruangbelajar!