SOAL DAN SOLUSI
MODUL TUTORIAL KE- X FISIKA DASAR IIA/IIB Semester Genap TA 2021/2022
Topik: Magnetostatika:Medan Magnet
1. Sebuah medan magnetic seragam sebesar , berada dalam arah . Sebuah proton ditembakan melalui medan magnet pada arah dengan kecepatan . Tentukan besar gaya magnetic dan arah gaya pada proton tersebut.
Solusi
Untuk menentukan besar, maka kita dapat menggunakan formula berikut , dimana , , , karena sudut dan tegak lurus maka .
( )( )( ) Untuk menentukan arahnya perhatikan ilustrasi berikut
Sesuai dengan kaidah tangan kanan, maka arah gaya magnetic pada proton adalah ke arah – 2. Perhatikan pada gambar1. Diketahui sebuah proton dengan muatan dan massa proton
bergerak melalui medan magnet seragam sebesar kearah keluar dari halaman (ditandai simbol titik) dengan kecepatan . Dikarenakan adanya gaya magnetic yang bekerja pada proton, maka proton melakukan gerak melingkar, tentukan jari-jari gerak melingkar pada proton.
Gambar 1
Solusi
Pada proton selain bekerja gaya magnetik ada juga gaya lain yang bekerja, yaitu gaya sentripetal. Langkah pertama adalah menentukan gaya magnet yang bekerja pada proton.
Karena arah proton dan medan magnet tegak lurus maka gaya magnetic dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Selanjutnya adalah menentukan gaya sentripetal yang bekerja pada proton, untuk menyelesaikannya dapat menggunakan persamaan berikut:
Sehingga gaya yang bekerja pada proton dapat dituliskan dengan persaman berikut , maka:
Dengan mensubtitusi komponen yang sudah diketahui maka dapat diketahui jari-jari (r) pada gerak melingkar proton
( )( )
( )( )
3. Sebuah proton dengan muatan memasuki medan magnet dengan flux densitas , jika kecepatan proton dengan sudut antara arah kedatangan proton dan arah medan magnet adalah , tentukanlah besar gaya medan magnet pada proton.
Solusi
Besar
( ) ( ) (
) 4. Perhatikan gambar 2. Terdapat medan magnet yang arahnya keluar dari halaman dengan
besar . Diatas medan magnet tersebut ditempatkan sebuah kawat listrik dengan arus yang mengalir sebesar . Tentukan arah dan besar gaya magnet jika panjang kawat adalah
Gambar 2
Solusi
Untuk menentukan besar medan magnet dapat menggunakan persamaan berikut:
( ) ( )( )( )( )
Untuk menentukan arah gaya magnet dapat menggunakan kaidah tangan kanan, maka arah medan magnet adalah ke arah bawah halaman.
5. Perhatikan gambar 3. Sebuah loop dengan lilitan sebanyak 40 lilitan yang dialiri arus sebesar ditempatkan pada medan magnet sebesar . Tentukan besar torka/torsi yang
dibutuhkan untuk membuat loop berputar.
Gambar 3
Solusi
Loop terdiri dari 40 lilitan maka , dengan menggunakan persamaan berikut maka
( )( )( )( )
6. Dua buah electron bergerak dengan kecepatan yang sama yaitu sebesar . Keduanya ditembakan pada sebuah medan magnet B. Tentukan besar medan magnet yang bekerja pada kedua electron tersebut.
Solusi
Diketahui massa electron . Karena adanya medan magnet maka electron bergerak seperti pada skema berikut:
Gambar 4
Dengangerak melingkar maka jarak pergerakan electron pada sumbu z = D, maka kita dapat mengetahui jari-jari gerak melingkar dengan , sehingga didapatkan . Karena gaya yang ekerja pada electron adalah gaya magnet dan gaya sentripetal maka untuk menentukan besarnya medan magnet B dapat menggunakan persamaan berikut:
Maka:
( )( )
( )( )
