ohmedfisika: Soal dan Pembahasan Gaya Magnetik

Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) Materi pada Kawat Berarus yang Berada dalam Medan Magnet

Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut ! Seutas kawat berada diantara dua magnet yang memiliki besar induksi magnetik 0,02 Tesla.

Jika besar kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 5 A, tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat sepanjang 10 cm
b) Arah gaya magnetik dengan acuan arah mata angin pada gambar diatas
Pembahasan
a) Besar gaya magnetik pada kawat sepanjang l meter yang berada pada medan magnet B Tesla dan dialiri kuat arus listrik sebesar i Ampere dengan sudut antara arah B dan i sebesar θ adalah :
$\100dpi \\F=Bil\,\,sin\,\,\theta \\ F=(0,02)(5)(0,1)(1)=0,01\,\,Newton$
b) Arah gaya ditentukan dengan kaidah tangan kanan
4 jari → arah B
Jempol → arah i
Telapak tangan → arah F
Jika terdapat dua buah kutub magnet maka arah B adalah dari kutub Utara ke kutub Selatan, sehingga arah F adalah masuk bidang baca atau jika mengikuti petunjuk mata angin arahnya adalah ke bawah.
Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut!

Kemanakah arah gaya magnetik pada kawat ?
Pembahasan
Seperti soal nomor satu didapat arah gaya adalah keluar bidang baca atau keluar bidang gambar atau mendekati pembaca.
Soal No. 3
Dua buah kawat dengan konfigurasi seperti gambar di bawah!

Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat II untuk panjang kawat 0,5 meter!
Pembahasan
Besar gaya magnetik jika dua buah kawat berarus didekatkan adalah :
$\100dpi \\F=\frac{\mu _o\,i_1\,i_2\,\,l}{2\pi a}\\ F=\frac{(4\pi \times 10^{-7})(2)(3){0,5}}{2\pi (1)}=6\times 10^{-7}\,\,Newton$
Arah gaya:
Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik
Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Dengan demikian arah gaya pada kawat II adalah ke kiri (ditarik mendekat ke kawat I)
Soal No. 4
Tiga buah kawat tersusun seperti gambar !

Tentukan besar dan arah gaya magnetik pada kawat II untuk panjang kawat 1 meter
Pembahasan
a) Kawat II dipengaruhi oleh dua kawat yang lain kawat I dan III
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat I namakan F₂₁ sebesar :
$\100dpi \\F_{21}=\frac{\mu _o\,i_2\,i_1\,\,l}{2\pi a_{21}}\\ F_{21}=\frac{(4\pi \times 10^{-7})(2)(1)(1)}{2\pi (2)}=2\times 10^{-7}\,\,Newton$
Arah ke kiri
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat III namakan F₂₃ sebesar :
$\100dpi \\F_{23}=\frac{\mu _o\,i_2\,i_3\,\,l}{2\pi a_{23}}\\ F_{23}=\frac{(4\pi \times 10^{-7})(2)(3)(1)}{2\pi (1)}=12\times 10^{-7}\,\,Newton$
Arah ke kiri
Resultan kedua gaya namakan F₂:
$\100dpi \\F_2=F_{21}+F_{23}\\ F_2=2\times 10^{-7}+12\times 10^{-7}\\ F_2= 14\times 10^{-7}\,\,Newton$
Arah ke kiri
Soal No. 5
Kawat A dan kawat B terpisah sejauh 2 meter dengan kuat arus masing-masing 1 A dan 2 A.

Tentukan dimana kawat C harus diletakkan agar resultan gaya pada C sebesar nol !
Pembahasan
Agar resultan gaya magnetik pada C nol, maka kedua gaya akibat pengaruh kawat A dan B harus berlawanan arah. Posisi yang memungkinkan adalah jika kawat C diletakkan di sebelah kiri A atau disebelah kanan B (ingat lagi: Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik, Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Misal ambil posisi C disebelah kiri A dan namakan jaraknya sebagai x
$\100dpi \\F_{CA}=F_{CB}\\ \frac{\mu _o\,i_c\,i_a\,l}{2\pi \,a_{ca}}= \frac{\mu _o\,i_c\,i_b\,l}{2\pi \,a_{cb}}\\ \frac{i_a}{a_{ca}}=\frac{i_b}{a_{cb}} \\ \frac{1}{x}=\frac{2}{(2+x)} \\ 2x=2+x \\ x=2\,\,m$
Posisi kawat C adalah 2 meter di kiri kawat A atau 4 meter di kiri kawat B
Soal No. 6
Tiga buah kawat berarus A, B dan C membentuk suatu segitiga sama sisi. Kawat A dialiri arus dengan arah keluar bidang baca, kawat B dan C dialiri arus dengan arah masuk bidang baca tersusun seperti gambar di bawah!

Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat B untuk panjang kawat 1 meter
b) Arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat B
Pembahasan
a) Kawat B akan ditolak oleh kawat A dan ditarik oleh kawat C . Ilustrasi seperti gambar di bawah

Interaksi kawat B dan A menghasilkan F_BA :
$\100dpi \\F_{BA}= \frac{\mu _o\,i_b\,i_a\,l}{2\pi \,a_{ba}} \\F_{BA}= \frac{(4\pi \times 10^{-7})(1)(1)(1)}{2\pi (1)}=2\times 10^{-7}\,\,Newton\\$
Interaksi kawat B dan C menghasilkan F_BC :
$\100dpi \\F_{BC}= \frac{\mu _o\,i_b\,i_c\,l}{2\pi \,a_{bc}} \\F_{BC}= \frac{(4\pi \times 10^{-7})(1)(1)(1)}{2\pi (1)}=2\times 10^{-7}\,\,Newton\\$
Resultan kedua gaya magnetik namakan F_B:
$\100dpi \100dpi \\F_{B}=\sqrt{(F_{BA})^2+(F_{BC})^2+2(F_{BA})(F_{BC})\,\,cos\,\,120^o}$
Masukkan data, dan akan didapatkan hasil :
$\100dpi \100dpi \\F_{B}=2\times 10^{-7}\,\,Newton$
b) Salah satu cara untuk menentukan arah F_B dengan penguraian vektor gaya kelas 10 SMA, ilustrasi gambar berikut :

$\100dpi \\\Sigma F_X=F_{BA}-F_{BC}\,\,cos\,\,60^o\\ \Sigma F_X = (2\times 10^{-7})-(2\times 10^{-7})(\frac{1}{2})=1\times 10^{-7}\,\,N\\ \Sigma F_Y=F_{BC}\,\,sin\,\,60^o\\\Sigma F_Y=(2\times 10^{-7})(\frac{1}{2}\sqrt{3})=\sqrt{3}\times 10^{-7}\,\,N \\ tan \theta =\frac{\Sigma F_Y}{\Sigma F_X}=\frac{\sqrt{3}\times 10^{-7}}{1\times 10^{-7}}=\sqrt{3} \\ \theta = 60^o$
Arah F_B adalah 60^o terhadap sumbu

ohmedfisika

Soal dan Pembahasan Gaya Magnetik

Tidak ada komentar:

Posting Komentar