Gaya Coulomb: Resultan Gaya Nol pada Persegi

Halo semuanya! Mari kita bahas soal fisika mengenai gaya Coulomb. Berikut adalah soal yang akan kita selesaikan hari ini.

Kita akan menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada muatan di titik sudut sebuah persegi.

Pertama, kita gambar persegi A B C D dengan panjang sisi a. Di titik A, B, dan C masing-masing diletakkan muatan positif Q. Tugas kita adalah mencari muatan di titik D agar gaya total di titik B sama dengan nol.

Besar gaya tolak pada titik B akibat muatan A dan C memiliki nilai yang sama, karena jarak dan muatannya identik. Rumusnya adalah F sub A sama dengan F sub C, yaitu k dikali Q kuadrat per a kuadrat.

Selanjutnya, kita hitung resultan gaya dari A dan C, yaitu F sub A C, menggunakan rumus akar F A kuadrat tambah F C kuadrat. Hasilnya adalah k dikali Q kuadrat per a kuadrat dikali akar dua.

Agar total gaya di B bernilai nol, gaya dari muatan D harus berlawanan arah dengan resultan tadi. Ini berarti muatan D harus menarik muatan B, sehingga muatan D pasti negatif. Jarak dari D ke B adalah diagonal persegi, yaitu a akar dua.

Dengan menyamakan besar gaya F sub D dengan F sub A C, kita peroleh persamaan k dikali mutlak Q sub D dikali Q per dalam kurung a akar dua dikuadratkan sama dengan k dikali Q kuadrat per a kuadrat dikali akar dua. Setelah disederhanakan, kita dapatkan mutlak Q sub D sama dengan dua akar dua Q.

Kesimpulannya, muatan yang harus diletakkan di titik D adalah negatif dua akar dua Q. Sampai jumpa di pembahasan berikutnya!