Gaya listrik atau gaya elektrostatik berperan penting dalam fenomena fisika sehari-hari. Gaya listrik adalah gaya yang merupakan hasil interaksi antara dua muatan listrik. Besar dan arah gaya listrik ditentukan oleh hukum Coulomb.
Hukum Coulomb menyatakan bahwa gaya tarik atau tolak antara dua buah muatan listrik adalah sebanding dengan hasil kali kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan. Rumusan matematis hukum Coulomb adalah:
F = k. Q1.Q2 / r^2
Ket:
- F: gaya listrik (Newton)
- k: konstanta Coulomb (9 × 10^9 N.m^2/C^2)
- Q1 dan Q2: muatan listrik (Coulomb)
- r: jarak antara dua muatan (meter)
Diketahui dari soal, dua buah muatan terpisah pada jarak 2 cm menghasilkan gaya listrik sebesar 420 N. Kita tidak mengetahui nilai dari Q1 dan Q2, namun tahu bahwa ketika jarak antara kedua muatan diubah menjadi 4 cm, kita diminta untuk mencari nilai gaya listrik baru.
Pertama, marilah kita konversi jarak dari cm ke meter (1 cm = 0.01 m), jadi r1 = 0.02 m dan r2 = 0.04 m.
Ketika jarak antara dua muatan digandakan (dari 2 cm menjadi 4 cm), maka berdasarkan formula hukum Coulomb, gaya akan menjadi seperempat (1/4) dari gaya awal. Hal ini karena gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.
Oleh karena itu, gaya listrik baru (F2) saat jarak antar muatan diperbesar menjadi 4 cm akan menjadi:
F2 = F1 / 4
= 420 N / 4
= 105 N
Dengan demikian, besar gaya listrik yang terjadi ketika jarak antara dua buah muatan listrik diperbesar menjadi 4 cm adalah 105 Newton.
