Gaya Listrik (Gaya Coulomb)

Besarnya gaya tarik menarik dan tolak menolak muatan muatan listrik dihitung pertama kali oleh Charles Augustin Coulomb (1736-1806). Alat yang digunakan oleh Coulomb pada waktu itu ditunjukkan oleh gambar 1.

Alat ini mirip dengan neraca Cavendish. Jika bola a dan b bermuatan, batang yang tergantung pada fiber akan berputar. Untuk menghitung sudut putarnya Coulomb memutar pehanan kea rah berlawanan sehingga batang kembali pada posisi semula. Skala yang terbaca pada penahan merupakan besar sudut putar itu.

Menurut Coulomb “Gaya yang ditimbulkan oleh masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan jarak kedua muatan”

Di sisi F adalah gaya Coulomb yang timbul pada masing-masing muatan, |Q₁| dan |Q₂| menyatakan besar masing-masing muatan, sedangkan r menyatakan jarak kedua muatan itu.

Catatan: |Q| artinya harga mutlak Q, nilainya selalu positif.)

Untuk mengubah rumus perbandingan di atas menjadi suatu persamaan, kita harus mengalikan ruas kanan dengan suatu konstanta k, sehingga

Hasil eksperimen memberikan nilai 

k = 8,98755178737 x 10⁹ Nm²/C²

Seringkali k dituliskan dalam bentuk:

Dengan ε₀ menyatakan permeativitas ruang hampa yang besarnya, 

ε₀ = 8,85418781762 x 10^-12 C²/Nm².

Persamaan (1) disebut hukum Coulomb. Hukum ini berlaku untuk benda-benda bermuatan yang berukuran kecil (muatan titik) yang terpisah pada jarak yang relative cukup jauh dibandingkan dengan ukuran benda itu sendiri.

Gambar 1: Neraca Coulomb

Hukum Coulomb sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Sebab dengan hukum Coulomb kita dapat mengerti interaksi yang terjadi antara electron dengan inti atom, atom dengan atom maupun antara molekul dengan molekul. Dengan mengenal interaksi-interaksi ini kini orang mampu menciptakan alat-alat dengan teknologi tinggi seperti TV, kulkas, mesin fotokopi dan computer dan lainya yang sangat berperan dalam kehidupan kita sekarang ini.

Satu hal yang sangat menarik untuk diamati dari rumus Coulomb yaitu bilangan pangkat r yang tepat sama dengan 2. Hasil eksperimen pada tahun 1971 menunjukkan bahwa ketelitian bilangan pangkat ini mencapai 10^-16. Artinya gaya antar muatan sebanding dengan 1/(r^{2,0000000000000001}). Ini sangat luar biasa sekali! Mengapa alam memberikan nilai tepat 1/r²? Mengapa tidak 1/r^2,1 ataupun nilai lainnya? Pertanyaan ini masih merupakan pertanyaan menarik bagi para fisikawan.

Share :