Contoh Soal dan Pembahasan tentang Gaya Magnetik / Gaya Lorentz , Materi Fisika SMA Kelas 12 SMA, khusus membahas gaya magnetik yang bekerja saat suatu muatan listrik bergerak dalam medan magnet. Gaya Magnetik pada kawat berarus yang berada dalam medan magnet dibahas di bagian lain.

Soal No. 1

Sebuah elektron yang bermuatan 1,6 x 10−19 C bergerak dengan kecepatan 5 x

105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T seperti gambar berikut.

Tentukan :

a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet

b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron

Pembahasan

a) besar gaya magnetik saat elektron berada dalam medan magnet

Gunakan persamaan 

F = BQV sin θ 

dimana B adalah besarnya medan magnetik (Tesla), Q adalah besarnya muatan

(Coulomb), V adalah kecepatan gerak muatan (m/s) dan θ adalah sudut yang

dibentuk antara arah gerak muatan dengan arah medan magnet. Pada soal

diatas 90° sehingga nilai sinusnya adalah 1.

F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton

b) arah gaya magnetik yang bekerja pada elektron

Untuk menentukan arah gaya magnetik gunakan kaidah tangan kanan sebagai

berikut:

4 jari = arah medan magnet

ibu jari = arah gerak muatan

telapak tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis positif

punggung tangan = arah gaya magnetik → jika muatan berjenis negatif

Jika diketahui dua kutub magnet maka arah medan magnet adalah dari kutub

utara (U) menuju kutub selatan (S) dan karena elektron adalah muatan negatif,

maka arah gaya yang bekerja sesuai arah punggung tangan yaitu keluar bidang

baca.

Soal No. 2

Sebuah positron yang bermuatan 1,6 x 10−19 C bergerak dengan kecepatan 5 x

105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T seperti gambar berikut.

Tentukan :

a) besar gaya magnetik saat positron berada dalam medan magnet

b) arah gaya magnetik yang bekerja pada positron

Pembahasan

a) F = (0,8)(1,6 x 10−19)(5 x 105)(1) = 6,4 x 10−14 Newton

b) Positron termasuk muatan positif, sehingga arah gaya magnetik diwakili oleh

telapak tangan seperti ilustrasi gambar berikut adalah masuk bidang baca

(menjauhi pembaca)

Soal No. 3

Seutas kawat lurus dialiri arus sebesar 15 A dengan arah ke kanan. 8 mm dari

kawat bergerak sebuah muatan positif sebesar 0,4 C dengan arah sejajar kawat

dengan kelajuan 5 x 103 m/s.

Tentukan besar gaya magnetik yang bekerja pada muatan dan arahnya!

Pembahasan

Lebih dahulu cari besar medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus pada

jarak 8 mm:

B = μoI/2πa

B = (4π x 10−7)(15)/(2π)(8 x 10−3

) 

B = (15/4) x 10−4 Tesla

F = BQV sin 90°

F = ((15/4) x 10−4 )(0,4)(5 x 103)(1) = 0,75 Newton

Arah gaya sesuai kaidah tangan kanan adalah ke atas (mendekati kawat).

Soal No. 4

Dua buah muatan masing-masing Q1 = 2Q dan Q2 = Q dengan massa masing-

masing m1 = m dan m2 = 2 m bergerak dengan kelajuan yang sama memasuki

suatu medan magnet homogen B. Tentukan perbandingan jari-jari lintasan yang

dibentuk muatan Q dan 2Q!

Pembahasan

Gaya sentripetal dari gerak kedua muatan berasal dari gaya magnetik

Soal No. 5

Sebuah muatan Q bergerak dengan kelajuan 2 x 104 m/s memasuki suatu daerah

yang mengandung medan magnet B dan medan listrik E. Jika muatan tersebut

tidak terpengaruh baik oleh gaya magnet maupun gaya listrik tentukan nilai

perbandingan kuat medan magnet dan kuat medan listrik di tempat tersebut!

Pembahasan

Muatan tidak terpengaruh gaya listrik maupun magnet berarti kedua gaya

tersebut adalah sama besar dan berlawanan arah.

Fmagnet = Flistrik

BQV = QE

B/E = 1 / (2 x 104)

B/E = 0,5 x 10− 4 TC/N