Contoh Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik dan Muatan yang Bergerak || Fisika SMA

 

Haloo sahabat lakonfisika.net…Spesial soal HOTS Fisika kali ini akan menyajikan contoh soal HOTS tentang Gaya Lorentz pada kawat penghantar yang berarus listrik dan berada dalam pengaruh medan magnet. Selain itu, juga disajikan soal HOTS Gaya Lorentz pada muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnet. Semoga soal-soal HOTS ini bisa menjadi tambahan referensi untuk pendalaman materi Gaya Lorentz Fisika SMA. Ohh iya lupa, soal-soal ini diadaptasi dari berbagai sumber buku fisika dasar yess.. Semoga bermanfaat.

Soal HOTS Gaya Lorentz / Gaya Magnet :

1. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik

Sebuah kawat penghantar dibentangkan dengan bentuk seperti gambar di bawah. Kawat tersbut diletakkan dalam daerah bermedan magnet dengan besar 10 T dan arah seperti pada gambar. Tentukan besar gaya magnet total pada seluruh kawat jika $x=50\ cm$ dan kawat tersebut dialiri arus listrik sebesar 5 A dengan arah seperti gambar. 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Gaya Lorentz 1: 

• Buat kawat menjadi tiga bagian, kemudian tentukan arah Gaya Lorentz pada masing-masing bagian tersebut dengan kaidah tangan kanan. 
• Hitung besar gaya setiap bagian tersebut dengan persamaan $F=l\,(i\,\cdot B\sin \theta )$, dan karena $i\bot B$ sehingga nilai $\sin \theta =1$. 
• Tentukan resultan ketiga gaya tersebut dengan memperhatikan arahnya. (ingat, gaya Lorentz adalah vektor)

2. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Muatan Elektron yang Bergerak

Sebuah elektron memasuki daerah bermedan magnet homogen sebesar $B=0,2\ T$ dengan sudut ${{45}^{o}}$ terhadap arah $\overrightarrow{B}$, seperti pada gambar di bawah. Elektron memiliki kecepatan $v=3\times {{10}^{6}}\ {}^{m}/{}_{s}$. Tentukan besar radius $r$ dan jarak antar dua loop ($p$) dari lintasan helix elektron tersebut. 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Gaya Lorentz 2: 

• Buatlah sumbu koordinat untuk orientasi arah gerak elektron. Sumbu x sejajar $\overrightarrow{B}$, sedangkan sumbu y tegak lurus $\overrightarrow{B}$. 
• Uraikan vektor kecepatan ke sumbu x dan y. Kecepatan gerak elektron di arah sumbu y akan menyebabkan elektron terpengaruh gaya Lorentz sehingga bergerak melingkar. Hal ini menyebabkan Gaya Lorentz berperan sebagai gaya sentripetal. 
• Substitusikan $F=q\ (v\ B)$ ke persamaan gaya sentripetal $F=m\frac{{{v}^{2}}}{r}$, sehingga kita bisa menghitung nilai $r$. 
• Kecepatan gerak elektron di arah sumbu x tidak menyebabkan elektron terpengaruh gaya Lorentz. 
• Untuk menghitung nilai $p$, kita bisa melakukan substitusi nilai waktu tempuh elektron untuk 1 putaran, ke persamaan gerak elektron di sumbu x yang merupakan gerak GLB.

3. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Muatan yang Bergerak

Sebuah partikel dengan muatan $q$ dan momentum $p$, awalnya bergerak searah sumbu $x$, kemudian memasuki darah dengan medan magnet seragam ${{B}_{o}}$ sepanjang $x=l$, seperti ditunjukkan pada gambar. Partikel tersebut menyimpang sebesar $d$ dalam arah sumbu $y$. Tentukan: 

a. Apakah jenis muatan partikel tersebut, sehingga menyimpang ke arah tersebut? 

b. Besar momentum elektron ($p$) yang dinyatakan dalam $q,{{B}_{o}},l,d$. 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 3: 

• Arah Gaya Lorentz pada partikel searah dengan penyimpangan geraknya. Sehingga dapat ditentukan jenis muatannya dengan kaidah tangan kanan. 
• Kondisi gerak elektron mirip dengan gerak parabola, dengan ${{v}_{ox}}=v$ dan ${{v}_{oy}}=0$, dengan gerak elektron di sumbu x adalah GLB dan di sumbu y adalah GLBB. 
• Nilai percepatan di sumbu y adalah $a=\frac{{{F}_{Lorentz}}}{m}$.

4. Soal HOTS Gaya Lorentz Elektron Bergerak dalam Medan Magnet

Anggaplah daerah di bagian sebelah kanan suatu bidang datar memiliki medan magnet seragam (homogen) dengan besar $1\ mT$, sedangkan di bagian kiri bermedan magnet $0\ T$, seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Sebuah elektron awalnya bergerak dengan kecepatan $\overrightarrow{v}$ di permukaan bidang, dengan arah tegak lurus medan magnet dan sejajar bidang. 

a. Tentukan interval waktu yang dibutuhkan oleh elektron untuk meninggalkan daerah bermedan magnet tersebut, anggaplah lintasan elektron selama dalam medan magnet adalah setengah lingkaran. 

b. Anggaplah jarak terjauh elektron masuk dalam daerah bermedan magnet tersebut adalah $2\ cm$, tentukan energi kinetik elektron tersebut. 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 4: 

• Gunakan kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz yang dialami elektron. Gaya Lorentz itulah yang menyebabkan elektron bergerak melingkar, membentuk lintasan setengah lingkaran di daerah bermedan magnet (bersifat seperti gaya sentripetal). 
• Lakukan substitusi persamaan $F=m\frac{{{v}^{2}}}{r}$ ke dalam persamaan Gaya Lorentz ${{F}_{L}}=qvB$, sehingga diperoleh $\omega =\frac{v}{r}=q\,B$ yang merupakan kecepatan sudut elektron. 
• Hitunglah waktu tempuh lintasan setengah lingkaran dengan persamaan gerak melingkar beraturan. 
• Untuk menghitung energi kinetik elektron, kita perlu mengetahui nilai $v$ dengan melakukan substitusi nilai $r=2\,cm$.

Pembahasan Soal HOTS Gaya Lorentz bisa ditemukan di channel “Mas Gaguk MG”

Share this post