Dalam keseharian, kita sangat akrab dengan listrik, ya, Quipperian. Kita butuh listrik untuk mengisi daya telepon selular, menyalakan lampu, menyalakan pendingin ruangan, dan lain-lain. Namun apa, sih, sebenarnya listrik itu? Bagaimana bisa suatu benda memiliki muatan listrik? Lalu apa hubungannya dengan hukum Coulomb? Kamu penasaran? Yuk, simak tulisan di bawah ini!
Sejarah dan Prinsip Hukum Coulomb
Setiap materi di dunia ini tersusun atas partikel terkecil bernama atom. Meski merupakan unsur terkecil, ternyata atom pun masih terdiri dari beberapa bagian, yaitu proton, neutron, dan elektron yang masing-masing secara berurutan memiliki muatan listrik positif, netral, dan negatif. Oleh karena itu, sebenarnya semua benda pasti memiliki muatan listrik. Secara sederhana, jika zat tersebut memiliki lebih banyak proton maka muatannya positif dan jika memiliki lebih banyak elektron maka muatan listriknya menjadi negatif.
Muatan listrik ini pun memiliki sifat, yaitu:
- Jika dua benda memiliki jenis muatan yang sama, keduanya positif atau keduanya negatif, maka benda tersebut akan saling tolak menolak.
- Jika dua benda memiliki jenis muatan berbeda maka benda tersebut akan saling tarik menarik.
Pertanyaan berikutnya adalah apa yang menyebabkan keduanya saling tarik-menarik dan seberapa besar nilai gaya tarik atau gaya tolak tersebut? Ternyata, hal ini sudah sejak lama menjadi perhatian dalam sebagian besar catatan sejarah manusia, lho, Quipperian!
Sekitar abad ke-16 hingga 17, orang-orang mulai berpikir secara serius tentang bagaimana cara mengukur, secara matematis dan ilmiah, gaya tolak atau gaya tarik antara dua benda yang bermuatan listrik.
Hingga pada tahun 1785, Charles-Augustin de Coulomb hadir untuk secara resmi mempublikasikan teorinya yang bernama Hukum Coulomb. Ia adalah seorang fisikawan sekaligus insinyur militer berkebangsaan Prancis yang lahir tahun 1736.
Bunyi Hukum Coulomb dan Hubungannya dengan Hukum Gravitasi Newton
Coulomb menyatakan bahwa jika ada dua benda yang memiliki muatan listrik q1 dan q2, sejenis atau berbeda, yang terpisah pada jarak tertentu r maka besar gaya tolak atau tarik yang terjadi antara kedua muatan proporsional dengan hasil kali nilai masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya. Gaya tolak atau gaya tarik antarbenda bermuatan ini disebut juga gaya elektrostatis. Secara matematis, Hukum Coulomb tersebut dapat dinyatakan dengan:
Sesuai dengan pernyataan Coulomb bahwa nilai gaya elektrostatis proporsional terhadap hasil kali dari nilai masing-masing muatan, maka konstanta k muncul dengan nilai asli 8,9875517873681764 x 109. Akan tetapi untuk mempermudah proses penghitungan, nilai konstanta ini sering disederhanakan menjadi 9 x 109.
Selanjutnya, nilai dari masing-masing muatan bisa positif ataupun negatif. Maka dari itu, disertakan simbol mutlak pada rumus untuk menghasilkan nilai yang pasti positif sekaligus mempertegas bahwa yang diperoleh dari Hukum Coulomb di atas hanya berupa nilai gaya elektrostatis, tidak termasuk arahnya.
Karena nilai muatan q1 dan q2 memiliki satuan Coulomb dan jarak kuadrat kedua muatan memiliki satuan m2, agar diperoleh satuan Newton pada gaya elektrostatis, maka satuan konstanta elektrostatis adalah Nm2/C2.
Saat mengeluarkan pernyataannya, Coulomb tidak hanya menebak, melainkan juga benar-benar mengukur besar gaya yang terjadi antara dua benda bermuatan listrik. Ternyata, bunyi dari Hukum Coulomb ini sangat mirip dengan Hukum Gravitasi Newton yang telah dipublikasikan sekitar satu abad sebelumnya. Secara matematis, Hukum Gravitasi Newton dapat dinyatakan sebagai berikut:
Bedanya, Hukum Gravitasi Newton berlaku untuk mengukur gaya tarik-menarik yang timbul dari gaya gravitasi masing-masing benda. Ini diaplikasikan pada benda-benda besar, seperti bulan, planet, dan bintang, karena materi-materi tersebut tidak hanya memiliki massa, tetapi juga volume yang sangat besar. Di sisi lain, Hukum Coulomb diaplikasikan pada materi yang lebih kecil, yaitu pada tingkat atom.
Cara Menghitung Gaya Elektrostatis
Selanjutnya kita coba hitung gaya Coulomb dari dua partikel yang berbeda muatan, yuk, Quipperian! Misal, diketahui suatu partikel positif q1 memiliki muatan senilai 5 x 10-3 C. Selanjutnya, suatu partikel negatif q2 memiliki muatan senilai -1 x 10-1 C. Jika kedua partikel terpisah jarak 0,5 m maka berapa besar gaya elektrostatis pada keduanya?
Jadi, besar gaya elektrostatis yang terjadi antar dua partikel tersebut adalah 1,8 x 107 N dan bagaimana dengan arah gaya tersebut? Karena kedua partikel memiliki muatan yang berbeda, yaitu positif dan negatif, maka keduanya saling tarik menarik dengan nilai gaya yang telah disebutkan di atas.
Aplikasi Hukum Coulomb pada Kehidupan Sehari-Hari
Lalu kira-kira apa saja ya, bentuk aplikasi Hukum Coulomb pada kehidupan kita sehari-hari, Quipperian? Dengan memahami bahwa setiap benda pasti memiliki muatan listrik, kita bisa terhindar dari masalah tersambar petir, misalnya.
Pada saat terjadi badai hujan dengan petir, langit memiliki jumlah elektron yang melimpah. Di sisi lain, bumi cenderung bermuatan positif. Secara alami, petir akan menyambar bumi untuk mempertemukan elektron yang dibawa dengan kutub positif pada bumi.
Hal ini dapat menyebabkan kerusakan dalam skala yang cukup besar karena suhunya bisa mencapai 28.000oC! Oleh karena itu, biasanya manusia membuat penangkal petir bermuatan positif agar elektron bisa mengalir ke dalam bumi secara aman tanpa bersentuhan langsung dengan benda lain yang ada di atas permukaan tanah.
Bagaimana, Quipperian? Ternyata fisika itu seru dan menarik, ya! Ditambah lagi, kita dapat dengan mudah menjumpai aplikasinya pada kehidupan sehari-hari. Kalau kamu ingin mempelajari fisika lebih dalam dengan cara yang menarik, kamu bisa berlangganan Quipper Video melalui link di bawah ini, lho! Klik, ya!
Link cara daftar: bit.ly/caradaftarquipper
Link registrasi: https://learn.quipper.com/signup/video/ID
Penulis: Laili Miftahur Rizqi
