Contoh Soal Gaya Lorentz dan Pembahasannya untuk Pelajar SMP
Contoh soal gaya lorentz menjelaskan tentang fenomena elektromagnetik yang muncul saat suatu benda bermuatan bergerak melalui medan magnet. Hukum ini pertama kali dirumuskan oleh fisikawan Belanda, Hendrik Lorentz pada awal abad ke-20 sebagai bagian upaya menjelaskan perilaku partikel bermuatan seperti elektron dalam medan elektromagnetik.
Gaya lorentz merupakan salah satu materi yang penting dipelajari dalam materi Fisika. Gaya lorentz ditemukan oleh Herdik Antoon Lorentz pada tahun 1853-1928. Gaya lorentz timbul karena ada arus listrik dalam medan magnet. Pada dasarnya, gaya lorentz merupakan gabungan antara gaya listrik dan magnetik di suatu medan elektromagnetik.
Penting untuk dicatat bahwa gaya lorentz memainkan peran krusial dalam teori relativitas khusus Albert Einstein yang merumuskan kembali konsep ruang dan waktu. Dalam konteks ini, gaya lorentz membantu memahami bagaimana muatan bergerak dalam medan elektromagnetik relatif terhadap suatu pengamat yang juga bergerak.
Apa itu Gaya Lorentz?
Mengutip buku Ringkasan Matematika & Kumpulan Soal Fisika SMP 3 karya Budi Suryatin (2018: 82), gaya lorentz merupakan gaya yang dialami oleh kawat berarus listrik dalam medan magnet. Besarnya gaya lorentz sesuai dengan rumus berikut:
Florentz = B I l sin α
Keterangan:
Florentz = Gaya lorenz
B = Kuat arus medan magnet (Tesla)
I = Kuat arus pada kawat (ampere)
I = Panjang kawat (m)
α = Sudut terbentuk dari B dan I
Arah gaya lorentz bisa ditentukan menggunakan aturan tangan kanan jika telapak tangan kanan dikembangkan, arah medan magnet ditunjukkan oleh jari-jari tangan kanan. Sementara arus listrik ditunjukkan oleh ibu jari maka arah gaya lorentz tegak lurus telapak tangan.
Alat yang bekerja berdasarkan gaya lorentz dikenal sebagai motor listrik (elektromotor) dan alat pengukur besaran listrik.
• Ibu jari = I yaitu arah arus listrik
• Keempat jari lainnya = B yaitu arah medan magnet
• Telapak tangan = F yaitu arah gaya lorentz
Contoh Soal Gaya Lorentz
Agar lebih memahami mengenai gaya lorentz, berikut contoh soal gaya lorentz dan pembahasannya yang bisa Anda jadikan referensi:
Soal 1
Kawat memiliki ukuran panjang 1 m dengan arus listrik 10 A. Apabila kawat diletakkan dalam medan magnet 0,01 T dengan arah membentuk sudut 30 derajat terhadap arus maka besar gaya magnet yang dialami oleh kawat sebesar…
Pembahasan:
Diketahui:
L = 1 m
I = 10 A
B = 0,01 T
α = 30°
Ditanya: F = ?
Jawab:
F = B . I . L sin α
F = 0,01 T . 10 A . 1 m . sin 30°
F = 0,05 N
Besar gaya magnet kawat ialah 0,05 N.
Soal 2
Diketahui elektron bergerak dengan kecepatan 6000 m/s memasuki medan magnet 2000 T. Jika arah kecepatan dan medan magnet membentuk sudut 30 derajat maka gaya lorentz yang dialami oleh elektron sebesar…
Pembahasan:
Diketahui:
q = -1,6×10-19 C (muatan elektron)
v = 6000 m/s
B = 2000 T
α = 30 derajat
Ditanya: F?
Jawab:
F = q.v.B.sin30
F = 1,6×10-19.6000.2000.1/2
F = 9,6 x 10-13 N
Jadi besar gaya lorentz yang dialami elektron yaitu 9,6 x 10-13 Newton.
Soal 3
Kawat memiliki panjang 500 cm berada dalam medan magnet dengan kekuatan 20 T. Jika besar arus listrik yang mengalir pada kawat itu 2A, berapa gaya lorentz yang bekerja di kawat?
Pembahasan:
Diketahui:
L = 500 cm = 0,5 m
B = 20 T
I = 2 A
Ditanya: Berapa gaya lorentz yang bekerja di kawat?
Jawab:
F = BIL
= 20 T(2 A)(5 m)
= 200 N
Gaya lorentz yang bekerja di kawat sebesar 200 N.
Cara Menentukan Arah Gaya Lorentz
Arah gaya lorentz bisa ditentukan menggunakan aturan tangan kanan. Aturan ini menyediakan cara konvensi untuk menentukan arah gaya pada suatu muatan yang bergerak dalam medan magnet. Berikut langkah-langkahnya:
1. Tentukan Arah Kecepatan (v)
Tentukan arah kecepatan benda bermuatan. Ini merupakan arah gerakan muatan dalam medan magnet.
2. Tentukan Arah Medan Magnet (B)
Tentukan arah medan magnet. Ini merupakan arah dari utara magnet ke selatan magnet atau arah garis medan magnet.
3. Gunakan Aturan Tangan Kanan
Letakkan jari-jari tangan kanan sedemikian rupa sehingga jari telunjuk menunjuk ke arah medan magnet (B), jari tengah menunjuk ke arah kecepatan (v) dan ibu jari menunjuk ke arah gaya (F).
• Jika Anda melibatkan muatan positif, arah ibu jari akan menunjuk ke arah gaya Lorentz (F).
• Jika Anda melibatkan muatan negatif, arah ibu jari akan menunjuk ke arah sebaliknya dari gaya Lorentz (F).
Demikian contoh soal gaya lorentz dalam fisika berikut pembahasannya yang penting Anda pahami sebelum mengerjakan soal ujian atau tugas sekolah. Dengan memahami materinya, Anda bisa lebih mudah saat mengerjakan soalnya.
