Soal Gaya Magnetik dan Pembahasannya
Soal 1
Sebuah kawat melingkar berarus 2 A, jari-jari r = 8 cm terletak di permukaan meja. Pada kawat itu bekerja medan magnetik sebesar 0,065 Tesla dengan arah vertikal ke atas. Tentukan: (a) Gaya total pada kawat karena medan magnetik itu, (b) Gaya pada kawat sepanjang 3 mm.
Jawab:
(a) Gaya total pada kawat karena medan magnetik itu,
F = ILB sin θ = (2 A)(2π x 0,08 m)(0,065 T) = 0,0208π N
(b) F = ILB sin θ = (2 A)(3 x 10-3 m)(0,065 T) = 3,9 x 10-4 N
Soal 2
Seutas kabel listrik dengan massa jenis 18 x 103 kg/m3 dialiri arus listrik 750 A dengan arah dari barat ke timur. Komponen horizontal induksi magnetik Bumi adalah 16 µT, dan menyebabkan sebuah gaya bekerja pada kawat yang besarnya sama dengan berat kabel tetapi berlawanan arah. Hitunglah: (a) Massa per satuan panjang kabel, dan (b) Luas penampang kabel.
Jawab:
(a) gaya bekerja pada kawat yang besarnya sama dengan berat kabel tetapi berlawanan arah, maka
F = mg
ILB sin θ = mg
Massa per satuan panjang kabel
m/L = IB/g = (750 A)(16 x 10-6 T)/(10 m/s2) = 1,2 x 10-3 kg/m
(b) massa jenis kabel ρ = 18 x 103 kg/m3 = m/AL, maka
A = (1,2 x 10-3 kg/m)/(18 x 103 kg/m3) = 0,067 x 10-6 m3 = 0,067 mm3
Soal 3
Dua kawat lurus panjang dan sejajar berjarak 2 m satu dengan yang lain kedua kawat dialiri arus yang sama dan searah sehingga bekerja gaya tarik menarik sebesar 16 × 10-7 N/m. Tentukan kuat arus yang mengalir dalam setiap kawat.
Jawab:
Gaya magnetik pada dua kawat panjang berarus diberikan oleh
F12/L = µ0i1i2/2πa
16 × 10-7 N/m = (4π x 10-7 Tm/A)i2/(2π x 2 m)
i = 4 A
Soal 4
Gambar di samping menunjukkan tiga buah kawat sejajar yang dialiri arus listrik. Tentukan besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak: (a) di kiri, (b) di tengah, dan (c) di kanan.
Jawab:
Gaya interaksi antara masing-masing kawat adalah
F12/L = F21/L = µ0i1i2/2πa12 = (4π x 10-7 Tm/A)(2 A)(3 A)/(2π x 0,06 m) = 2,0 X 10-5 N/m
F13/L = F31/L = µ0i1i3/2πa13 = (4π x 10-7 Tm/A)(2 A)(4 A)/(2π x 0,15 m) = 1,07 X 10-5 N/m
F23/L = F32/L = µ0i2i3/2πa23 = (4π x 10-7 Tm/A)(3 A)(4 A)/(2π x 0,09 m) = 2,67 X 10-5 N/m
(a) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di kiri adalah
F1/L = F12/L + F13/L = 2,0 X 10-5 N/m + 1,07 X 10-5 N/m = +3,07 x 10-5 N/m (ke kanan)
(b) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di tengah adalah
F2/L = F23/L – F21/L = 2,67 X 10-5 N/m – 2,0 X 10-5 N/m = +6,7 x 10-6 N/m (ke kanan)
(c) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di kanan adalah
F3/L = –(F32/L + F31/L) = –2,67 X 10-5 N/m – 1,07 X 10-5 N/m = –3,74 x 10-5 N/m (ke kanan)
Soal 5
Kawat horizontal AB berada di atas meja. Kawat CD yang panjangnya 1 m dapat bergerak bebas diatasnya. Ujung-ujung kawat AB dialiri arus sebesar 50 A. Massa kawat CD persatuan panjang ialah 5 x 10-3 kg/m. Dalam keadaan seimbang. Berapa meter tinggi kawat CD diukur dari kawat horizontal AB?
Jawab:
Misalkan CD kawat berada pada jarak d di atas kawat AB. Gaya magnet pada CD yang panjang karena arus dalam AB adalah
FABCD = µ0iABiCDLCD /2πd
Karena arus dalam AB dan CD berada di arah yang berlawanan, maka gaya pada CD berarah ke atas. Gaya gravitasi pada CD bertindak secara vertikal ke bawah, maka kita tuliskan
µ0iABiCDLCD /2πd = mg
µ0i2/2πd = (m/L)g
(4π x 10-7 Tm/A)(50 A)2/(2π x d) = (5 x 10-3 kg/m)(10 m/s2)
d = 0,01 m = 1,0 cm
Sebuah kawat melingkar berarus 2 A, jari-jari r = 8 cm terletak di permukaan meja. Pada kawat itu bekerja medan magnetik sebesar 0,065 Tesla dengan arah vertikal ke atas. Tentukan: (a) Gaya total pada kawat karena medan magnetik itu, (b) Gaya pada kawat sepanjang 3 mm.
Jawab:
F = ILB sin θ = (2 A)(2π x 0,08 m)(0,065 T) = 0,0208π N
(b) F = ILB sin θ = (2 A)(3 x 10-3 m)(0,065 T) = 3,9 x 10-4 N
Soal 2
Seutas kabel listrik dengan massa jenis 18 x 103 kg/m3 dialiri arus listrik 750 A dengan arah dari barat ke timur. Komponen horizontal induksi magnetik Bumi adalah 16 µT, dan menyebabkan sebuah gaya bekerja pada kawat yang besarnya sama dengan berat kabel tetapi berlawanan arah. Hitunglah: (a) Massa per satuan panjang kabel, dan (b) Luas penampang kabel.
Jawab:
(a) gaya bekerja pada kawat yang besarnya sama dengan berat kabel tetapi berlawanan arah, maka
F = mg
ILB sin θ = mg
Massa per satuan panjang kabel
m/L = IB/g = (750 A)(16 x 10-6 T)/(10 m/s2) = 1,2 x 10-3 kg/m
(b) massa jenis kabel ρ = 18 x 103 kg/m3 = m/AL, maka
A = (1,2 x 10-3 kg/m)/(18 x 103 kg/m3) = 0,067 x 10-6 m3 = 0,067 mm3
Soal 3
Dua kawat lurus panjang dan sejajar berjarak 2 m satu dengan yang lain kedua kawat dialiri arus yang sama dan searah sehingga bekerja gaya tarik menarik sebesar 16 × 10-7 N/m. Tentukan kuat arus yang mengalir dalam setiap kawat.
Jawab:
Gaya magnetik pada dua kawat panjang berarus diberikan oleh
F12/L = µ0i1i2/2πa
16 × 10-7 N/m = (4π x 10-7 Tm/A)i2/(2π x 2 m)
i = 4 A
Soal 4
Gambar di samping menunjukkan tiga buah kawat sejajar yang dialiri arus listrik. Tentukan besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak: (a) di kiri, (b) di tengah, dan (c) di kanan.
Gaya interaksi antara masing-masing kawat adalah
F12/L = F21/L = µ0i1i2/2πa12 = (4π x 10-7 Tm/A)(2 A)(3 A)/(2π x 0,06 m) = 2,0 X 10-5 N/m
F13/L = F31/L = µ0i1i3/2πa13 = (4π x 10-7 Tm/A)(2 A)(4 A)/(2π x 0,15 m) = 1,07 X 10-5 N/m
F23/L = F32/L = µ0i2i3/2πa23 = (4π x 10-7 Tm/A)(3 A)(4 A)/(2π x 0,09 m) = 2,67 X 10-5 N/m
(a) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di kiri adalah
F1/L = F12/L + F13/L = 2,0 X 10-5 N/m + 1,07 X 10-5 N/m = +3,07 x 10-5 N/m (ke kanan)
(b) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di tengah adalah
F2/L = F23/L – F21/L = 2,67 X 10-5 N/m – 2,0 X 10-5 N/m = +6,7 x 10-6 N/m (ke kanan)
(c) besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang pada kawat yang terletak di kanan adalah
F3/L = –(F32/L + F31/L) = –2,67 X 10-5 N/m – 1,07 X 10-5 N/m = –3,74 x 10-5 N/m (ke kanan)
Soal 5
Kawat horizontal AB berada di atas meja. Kawat CD yang panjangnya 1 m dapat bergerak bebas diatasnya. Ujung-ujung kawat AB dialiri arus sebesar 50 A. Massa kawat CD persatuan panjang ialah 5 x 10-3 kg/m. Dalam keadaan seimbang. Berapa meter tinggi kawat CD diukur dari kawat horizontal AB?
Jawab:
Misalkan CD kawat berada pada jarak d di atas kawat AB. Gaya magnet pada CD yang panjang karena arus dalam AB adalah
FABCD = µ0iABiCDLCD /2πd
Karena arus dalam AB dan CD berada di arah yang berlawanan, maka gaya pada CD berarah ke atas. Gaya gravitasi pada CD bertindak secara vertikal ke bawah, maka kita tuliskan
µ0iABiCDLCD /2πd = mg
µ0i2/2πd = (m/L)g
(4π x 10-7 Tm/A)(50 A)2/(2π x d) = (5 x 10-3 kg/m)(10 m/s2)
d = 0,01 m = 1,0 cm
Post a Comment for "Soal Gaya Magnetik dan Pembahasannya"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!