Dua buah bola kecil masing-masing bermassa 1 kg digantungkan pada dua utas tali diletakkan berdampingan. Bola ini kemudian dimuati dengan jumlah muatan yang sama besar dan sama tandanya. Setelah keadaan seimbang kedua muatan masing-masing membentuk sudut 30° terhadap sumbu vertikal. Besar muatan masing-masing bola tersebut adalah ... (Panjang tali 1 m). A. 10 μC B. 15 μC C. 20 μC D. 25 μC E. 30 μC

Jawaban yang benar adalah D. 25 μC Gaya Coulomb adalah gaya tarik atau gaya tolak yang timbul dari dua muatan listrik yang sejenis atau berlainan jenis yang terpisah sejauh r. Secara matematis persamaannya adalah : F = (k.q1.q2)/r² Keterangan : F = gaya tarik atau gaya tolak (N) k = 9 x 10^9 N.m²/C² q1 dan q2 = muatan listrik (C) r = jarak antara kedua muatan (m) Arah gaya elektrostatis ditentukan oleh jenis kedua muatan, jika kedua muatan sejenis terjadi tolak-menolak dan jika berlainan jenis saling tarik-menarik Diketahui : m = 1 kg 𝜃 = 2 x 30° = 60° l = 1 m g = 10 m/s² k = 9 x 10^9 N.m²/C² Ditanya : q = ...? Pembahasan : Diagram gaya bebas ditunjukkan pada gambar. Karena membentuk segitiga sama sisi, maka jarak kedua muatan sama dengan 1 m. Besar gaya Coulomb dihitung dengan : F = k.q.q/r² F = kq²/l² Karena kedua muatan sejenis, maka terjadi gaya tolak-menolak. Komponen gaya tegangan tali dihitung dengan : Tx = T cos 60° = ½T Ty = T sin 60 = ½√3T Gunakan syarat keseimbangan partikel : ∑Fy = 0 Ty - w = 0 ½√3T = mg T = 2mg/√3 ∑Fx = 0 F - Tx = 0 F = Tx kq²/l² = ½T kq²/l² = ½(2mg/√3) q² = mgl²/(k√3) q = l√(mg/(k√3)) q = 1√((1 x 10)/(9 x 10^9 x √3)) q = 2,5 x 10^(-5) C q = 2,5 x 10^(-5) x 10^6 μC q = 25 μC Jadi besar muatan masing-masing bola tersebut adalah 25 μC. Oleh karena itu jawaban yang benar adalah D