);

Contoh soal gaya Lorentz dan pembahasannya + jawaban

Postingan ini membahas contoh soal gaya Lorentz / gaya magnetik yang disertai pembahasannya atau penyelesaiannya + jawaban. Lalu apa itu gaya Lorentz ?. Gaya Lorentz atau gaya magnetik adalah gaya yang diakibatkan oleh muatan listrik yang bergerak atau arus listrik dalam medan magnet. Gaya Lorentz dapat terjadi pada kawat berarus dalam medan magnet, kawat sejajar berarus dan muatan yang bergerak dalam medan magnet. Rumus gaya Lorentz sebagai berikut.

Rumus gaya lorentz kawat berarus dalam medan magnet:
F = B . i . L . sin α
Keterangan:
F = gaya Lorentz (N), B = medan magnet (T), i = arus listrik (A), L = panjang kawat (m) dan α = sudut antara B dengan i.
Rumus gaya lorentz muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet:
F = q . v . B. sin α
q = muatan listrik (C), v = kecepatan muatan (m/s), B = medan magnet (T) dan α = sudut antara v dengan B.
Rumus gaya lorentz dua kawat sejajar berarus:
F =
μo . i1 . i2
2 . π . a
L
Keterangan:
µ0 = 4π x 10-7 Wb/A.m
i1 dan i2 = arus listrik kawat 1 dan 2 (A)
L = panjang kawat (m)
a = jarak dua kawat (m)

Contoh soal gaya Lorentz

Contoh soal 1

Sepotong kawat penghantar lurus berarus listrik yang arahnya ke timur diletakkan dalam medan magnet yang arahnya ke utara. Pada penghantar akan timbul gaya Lorentz yang arahnya…
A. Timur laut
B. Bawah
C. Atas
D. Barat
E. Selatan

Pembahasan / penyelesaian soal

Gaya lorentz
Kaidah tangan kanan arah gaya lorentz

Soal diatas jika digambarkan sebagai berikut:

menentukan arah gaya lorentz
menentukan arah gaya lorentz dengan kaidah tangan kanan

Berdasarkan gambar diatas maka arah gaya lorentz keluar bidang kertas atau ke atas. Jadi soal ini jawabannya D.


Contoh soal 2

Sebuah kawat berarus listrik i diletakkan diantara dua kutub magnet utara dan selatan seperti gambar dibawah ini.

Gaya Lorentz
Contoh soal arah gaya Lorentz nomor 2

Arah gaya Lorentz pada kawat adalah…
A. Dari kutub Utara menuju selatan
B. Menuju kutub selatan magnet
C.Menuju kutub utara magnet
D. Keluar bidang kertas
E. Masuk bidang kertas

Pembahasan / penyelesaian soal

Arah medan magnet pada magnet batang berasal dari kutub utara menuju kutub selatan. Jadi arah medan magnet gambar diatas adalah ke kanan. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan maka arah gaya Lorentz adalah masuk bidang kertas seperti gambar dibawah ini.

Gaya Lorentz
Pembahasan soal nomor 2 menentukan arah gaya Lorentz

Jawaban soal ini adalah E.


Contoh soal 3

Perhatikan gambar berikut.

Arah gaya lorentz
Contoh soal arah gaya Lorentz nomor 3

Jika arus listrik dialirkan pada kawat maka arah gaya magnetik yang dialami kawat adalah …
A. ke bawah
B. ke kiri
C. ke kanan
D. tegak lurus masuk bidang kertas
E. tegak lurus keluar bidang kertas

Pembahasan / penyelesaian soal

Arah gaya Lorentz
Pembahasan soal arah gaya Lorentz nomor 4

Jadi soal ini jawabannya E.


Contoh soal 4

Kawat lurus berarus listrik i berada dalam medan magnet B seperti gambar.

Gaya Lorentz
Contoh soal arah gaya lorentz nomor 4

Manakah gambar yang benar sesuai gaya magnetik pada kawat ?.
A. 1 dan 3 saja
B. 2 dan 4 saja
C. 1, 2, dan 3 saja
D. 2, 3, dan 4 saja
E. 1, 2, 3, dan 4

Pembahasan / penyelesaian soal

Gaya Lorentz
Kaidah tangan kanan arah gaya Lorentz

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan gaya Lorentz diatas maka yang benar adalah gambar nomor 1, 2, 3, dan 4. Soal ini jawabannya E.


Contoh soal 5

Perhatikan gambar disamping. Dari titik A sebuah elektron bergerak dengan kecepatan v memasuki medan magnet B. Salah satu lintasan yang mungkin dilalui elektron adalah …

Gaya Lorentz
Soal arah gaya Lorentz nomor 5

A. K-L-M
B. S-T-U
C. P-Q-R
D. P-K-R
E. S-K-U

Pembahasan / penyelesaian soal

Gaya Lorentz
Kaidah tangan kanan gaya Lorentz v – B – F

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan diatas, didapat arah gaya Lorentz (F) ke kiri. Tetapi karena elektron muatannya negatif maka arah gaya Lorentz sebaliknya yaitu ke kanan. Jadi lintasan yang mungkin P-Q-R. Soal ini jawabannya C.


Contoh soal 6

Kawat lurus berarus listrik 2 A berada dalam medan magnet sebesar 0,5 T yang arahnya tegak lurus terhadap arus. Jika gaya Lorentz yang bekerja pada kawat sebesar 2 N maka panjang kawat adalah…
A. 1 m
B. 2 m
C. 3 m
D. 4 m
E. 5 m

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui i = 2 A, B = 0,5 T, F = 2 N dan α = 90° (karena tegak lurus). Maka cara menentukan panjang kawat menggunakan rumus dibawah ini.

→ F = B . I . L . sin α
→ L =
F
B . I . sin 90°

→ L =
2 N
0,5 T . 2 A . 1
= 2 m.

Jadi panjang kawat sebesar 2 m. Jawaban soal ini adalah B.


Contoh soal 7

Sebuah kawat dengan panjang 1 m berarus listrik 10 A. Jika kawat diletakkan dalam medan magnet 0,01 T yang arahnya membentuk sudut 30° terhadap arah arus maka gaya magnet yang dialami kawat sebesar …
A. 0,05 N
B. 0,5 N
C. 2 N
D. 4 N
E. 8 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui L = 1 m, I = 10 A, B = 0,01 T dan α = 30°. Maka gaya magnet / gaya Lorentz pada kawat dihitung dengan cara dibawah ini:

→ F = B . I . L sin α
→ F = 0,01 T . 10 A . 1 m . sin 30°
→ F = 0,05 N

Jadi jawaban soal ini adalah A.


Contoh soal 8

Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 3000 m/s memasuki medan magnet 1000 T. Jika arah kecepatan dan medan magnet membentuk sudut 30 maka gaya Lorentz yang dialami elektro sebesar …
A. 1,6 x 10-13 N
B. 1,8 x 10-13 N
C. 2,4 x 10-13 N
D. 3,6 x 10-13 N
E. 4,8 x 10-13 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui q = – 1,6 x 10-19 C (muatan elektron), v = 3000 m/s, B = 1000 T dan α = 30°. Maka gaya Lorentz yang dialami elektron dihitung dengan rumus sebagai berikut:

→ F = q . v . B . sin α
→ F = 1,6 x 10-19 . 3000 m/s . 1000 .
1
2

→ F = 2,4 x 10-13 N

Jadi soal ini jawabannya C.


Contoh soal 9

Sebuah proton (mp = 1,67 x 10-27 kg dan qp = 1,6 x 10-19 C) bergerak melingkar dalam medan magnet sebesar 2000 T seperti gambar dibawah ini.

Lintasan proton
Lintasan proton dalam medan magnet B

Kecepatan proton adalah…
A. 1,4 x 109 m/s
B. 13,4 x 109 m/s
C. 13,4 x 109 m/s
D. 17,5 x 109 m/s
E. 20,6 x 109 m/s

Pembahasan / penyelesaian soal

Untuk menghitung kecepatan proton atau elektron yang bergerak dalam medan magnet dengan menggunakan rumus dibawah ini.

→ r =
m . v
B . q

→ v =
r . B . q
m

→ v =
0,07 m. 2000 T . 1,6 x 10-19 C
1,67 x 10-27 kg

→ v = 13,4 x 109 m/s.

Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 10

Dua kawat penghantar sejajar berjarak 1 m satu sama lain dialiri arus listrik 1 A dengan arah yang sama. Gaya lorentz per satuan panjang kedua kawat adalah…
A. 4 x 107 N/m
B. 2 x 107 N/m
C. 2 x 10-7 N/m
D. 4 x 10-7 N/m
E. 8 x 10-7 N/m

Pembahasan soal / penyelesaian

Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus gaya Lorentz dua kawat sejajar yaitu:

F
L
=
μo . i1 . i2
2 . π . a
.
F
L
=
4π 10-7 Wb/A.m. 1 A . 1A
2 . π . 1 m
.
F
L
= 2 x 10-7 N/m.

Jadi soal ini jawabannya C.


Contoh soal 11

Kawat P dialiri arus listrik 6 A dengan arah ke atas seperti gambar berikut.

Gaya Lorentz
Soal gaya lorentz nomor 9

Jika µ0 = 4π x 10-7 Wb/A.m dan terjadi gaya tolak-menolak per satuan panjang antara kawat P dan Q sebesar 1,2 x 10-5 N/m, maka besar dan arah arus listrik pada kawat Q adalah …
A. 1 A ke atas
B. 1 A ke bawah
C. 10 A ke atas
D. 10 A ke bawah
E. 20 A ke atas

Penyelesaian soal / pembahasan

Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus seperti dibawah ini.

F
L
=
μo . iP . iQ
2 . π . a
.
→ 1,2 x 10-5 N/m =
4π . 10-7 Wb/A.m . 6 A . iQ
2 . π . 1 m
.
→ 1,2 x 10-5 N/m = 12 x 10-7 Wb/A . iQ
→ iQ =
1,2 x 10-5 N/m
12 x 10-7 Wb/A
A = 10 A.

Jadi iQ = 10 A dengan arah ke bawah karena gaya saling tolak-menolak. Soal ini jawabannya D.


Contoh soal 12

Gaya Lorentz
Contoh soal gaya Lorentz nomor 12

Jika kawat PQ sejajar kawat RS, i1 = 6 A, a = 2 cm dan µ0 = 4π x 10-7 Wb/A.m menghasilkan gaya tolak sebesar 4,8 x 10-5 N/m, kuat arus i2 dan arahnya adalah …
A. 8 A dari S ke R
B. 8 A dari R ke S
C. 6 A dari S ke R
D. 6 A dari R ke S
E. 2 A dari R ke S

Pembahasan / penyelesaian soal

Gaya Lorentz
Pembahasan soal gaya Lorentz nomor 12

Soal ini jawabannya B.

You cannot copy content of this page