HUKUM COLOMBUS

Hukum dasar dalam elektrostatika adalah hukum Coulomb. Hukum tersebut membicarakan tentang adanya gaya interaksi elektrostatika antar dua  titik yang bermuatan listrik.Gaya elektrostatik Coulomb tersebut besarnya berbanding lurus dengan besarnya masing-masing muatan, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dan bekerja pada sepanjang garis penghubung kedua muatan. Tetapan kesebandingannya bergantung pada medium dimana kedua benda bermuatan tersebut berada. Jika masing-masing muatan besarnya adalah q₁ dan q₂, jarak kedua muatan adalah r, dan permitivitas relatif medium adalah e_r, maka gaya Coulomb memiliki rumus

 dengan e_o adalah permitivitas ruang hampa (= 8,85 pF/m). Jika medium kedua muatan berupa ruang hampa atau udara, maka permitivitas relatif e_r berharga satu.        Bentuk gaya Coulomb adalah tarik menarik jika kedua muatan berlainan jenis, dan tolak menolak jika sejenis, seperti disajikan dalam gambar berikut.

 

Gambar 1 Gaya Coulomb

Gaya F₁₂ adalah gaya muatan q₁ terhadap muatan q₂. Sedangkan F₂₁ adalah gaya muatan q₂ terhadap muatan q₁. Terlihat bahwa F₁₂ dan F₂₁ besarnya sama dan arahnya pada sepanjang garis penghubung kedua muatan.

           

Dalam eksperimen, sulit untuk mengukur gaya Coulomb secara langsung. Oleh karena itu dengan melibatkan konsep gaya berat dan kesetimbangan banda, pengukuran gaya Coulomb dapat diwakili oleh pengukuran jarak, seperti Gambar 2 di bawah ini. Kedua benda bermuatan sejenis sedang  bekerja gaya Coulomb tolak menolak dan berada dalam keadaan setimbang. Pada benda yang digantung bekerja gaya-gaya (1) tolak menolak Coulomb F ke kiri, (2) berat mg ke bawah, dan (3) tegangan tali T yang membentuk sudut q terhadap gaya berat mg.

Gambar 2 Prinsip Pengukuran Gaya Coulomb yang Diwakili oleh Jarak

            Jika sudut q cukup kecil, dalam keadaan setimbang, maka perandingan

                                                                              (2)

dengan d = jarak penyimpangan horisontal bola gantung dari titik awal

            L = panjang tali penggantung bola gantung

Persamaan (2) dapat ditulis lagi menjadi

                                                                          (3)

yaitu gaya Coulomb (F) sebanding dengan jarak penyimpangan horisontal bola gantung dari titik awal (d). Hal ini berarti gaya F dapat diwakili oleh jarak d.

            Dengan bantuan sumber cahaya, kedua bola bermuatan dapat memiliki bayangan pada layar berskala. Dengan demikian pengukuran jarak penyimpangan bola dari titik awal dapat diwakili oleh pengukuran penyimpangan bayangan bola pada layar berskala. Jarak penyimpangan horisontal bola gantung dari titik awal (d) diwakili oleh D; sedangkan jarak pisah antara kedua bola (g) diwakili oleh R. Dengan mengukur D dan R berarti telah mewakili mengukur Gaya Coulomb F dan jarak antar muatan r.

D. DISAIN EKSPERIMEN

1. Skema Eksperimen

            Susunlah alat dan bahan eksperimen ini sesuai dengan Gambar 2, Gambar 3, Gambar 4, Gambar 5.

2. Alat dan Bahan

1. Kotak observasi  : 160x240x380 mm³, dilengkapi dengan tempat digantungkannya    bola gantung (hung ball holder), alur bola bermuatan (charged ball guide), dan layar berskala (80 ~ 0 ~ 110 mm)

2. Bola gantung      : bola foam resin berlapis karbon berdiameter 10 mm, dilengkapi dengan benang penggantung (hanging thread)

3. Bola bermuatan  : bola foam resin berlapis karbon berdiameter 15 mm, dilengkapi dengan batang isolasi (isolating rod), plat alur (guide plate) dan batang penggerak (feed rod)

4. Bola distribusi    : bola foam resin berlapis karbon berdiameter 15 mm, dilengkapi dengan batang isolasi dan standard

5. Sumber cahaya   : 100 V, 100 W filamen linier, dilengkapi dengan tempat lampu, kabel power dan saklar intermediate

6. Keping ebonit

7. Tekstil wool        : berfungsi untuk menggosok batang ebonit

8. Alat pelengkap   : plester cellophane, cawan Petri, silica gel dan higrometer

            Gambar selengkapnya mengenai alat-alat tersebut di atas disajikan pada gambar berikut.

Gambar 3 Komponen Alat Percobaan Hukum Coulomb

E. METODE PENGUKURAN

            Pada prinsipnya eksperimen ini bertujuan mengetahui pengaruh jarak antar muatan dan pengaruh besar muatan terhadap gaya Coulomb. Tetapi, pengukuran besaran gaya Coulomb dan jarak tidak secara langsung, melainkan diwakili oleh jarak bayangan benda pada layar berskala. Oleh karena itu variabel dalam eksperimen ini adalah panjang, yang diukur pada bayangan benda yang jatuh pada skala pada layar. Sedangkan untuk mengurangi muatan benda menjadi separuhnya dilakukan dengan menyentuhkan benda bermuatan tersebut dengan benda lain yang tidak bermuatan.

1. Pengaruh jarak antar muatan terhadap gaya Coulomb

(1). Mempersiapkan kotak observasi. Agar hasil eksperimen ini akurat, diperlukan dua kondisi pokok, yaitu agar di sekitar bola gantung dipertahankan (a) kelembaban relatifnya maksimum 60%; dan (b) udara tetap tenang. Ukurlah kelemban relatif dengan higrometer.

(2). Pasanglah bola gantung yang sudah diikat dua helai benang isolator pada tempat gantungan (hung ball holder). Usahakanlah agar kedua benang tidak melipat atau bengkok.

(3). Dekatkanlah bola yang belum bermuatan pada bola gantung, dan usahakanlah keduanya memiliki ketinggian yang sama, yang ditandai oleh pusat kedua bola berada pada posisi horisontal seperti gambar berikut.

Gambar 4 Posisi Bola Gantung

(4). Mengatur posisi sumber cahaya pada sisi kiri bola gantung, kira-kira 70 ~ 80 cm dari layar berskala, sehingga bayangan bola gantung jatuh pada skala layar. Aturlah arah filamen lampu dengan memutar skrup bagian belakang sehingga dihasilkan berkas cahaya yang berbentuk garis seperti gambar berikut.

Gambar 5 Posisi Sumber Cahaya

  Aturlah ketinggian filamen lampu sehingga bayangan bola berimpit dengan skala nol. Posisi bola gantung, memang, diambil sebagai referensi seperti gambar berikut.

Gambar 6 Posisi Bayangan Bola

Sebenarnya, pusat masing-masing bola diasumsikan sebagai posisi bola. Tetapi, dalam pengukuran bayangan bola pada skala layar diambil sebagai posisi bola adalah tepi sebelah kiri (atau tepi sebelah kanan).

(5). Memuati bola dengan cara (a) menggosok berkali-klai keping ebonit dengan tekstil wool, (b) menempelkan keping ebonit ke bola, sambil menyentuhkan ujung jari ke bola lalu melepaskannya, dan (c) melepaskan keping ebonit dari bola. Sekarang bola sudah bermuatan positip.

(6). Masukkanlah bola bermuatan ke dalam kotak observasi bagian dasar dengan cara mendorong masuk batang penggerak (feed rod) melalui alur yang sudah tersedia seperti gambar berikut.

Gambar 7 Memasukkan Bola Bermuatan

(7). Mendorong masuk perlahan-lahan bola bermuatan sehingga bersentuhan dengan bola gantung. Bola gantung segera berayun sebagai tanda adanya gaya tolak menolak antara kedua bola.

(8). Ukurlah perubahan D sebagai akibat adanya perubahan R.

2. Pengaruh besar muatan terhadap gaya Coulomb

            Sama dengan percobaan (1), tetapi muatan pada bola dibuat separuhnya dengan melibatkan bola distribusi. Membuat bola bermuatan separuh adalah dengan cara (a) menyentuh bola distribusi dengan jari sehingga muatannya nol, dan (b) menyentuhkan bola distribusi ke bola bermuatan. Sekarang kedua bola sama-sama bermuatan kira-kira setengahnya.

Sumber :Sugianto : Fisika F MIPA UM

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>Semoga bermanfaat <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<,