Part 2 - Contoh Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kawat Listrik dan Muatan Bergerak || Fisika SMA

Haloo sahabat lakonfisika.net…Ini adalah part 2 dari Contoh Soal HOTS Fisika tentang Gaya Lorentz pada kawat penghantar yang berarus listrik dan Gaya Lorentz pada muatan listrik yang bergerak. Semoga soal-soal HOTS ini bisa menjadi tambahn 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 (part 2):

5. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Batang Konduktor 

Sebuah batang silinder dengan massa $1\,kg$ dan jari-jari $5\,cm$ diam dalam rel sejajar seperti ditunjukkan dalam gambar. Jarak pisah kedua rel adalah $d=10\,cm$ dan panjang $L=50\,cm$. Batang tersebut dialiri arus listrik sebesar $I=50\,A$ dalam arah yang ditunjukkan gambar dan menggelinding di atas rel tanpa slip. Medan magnet homogen dengan besar $0,2\,T$ memiliki arah tegak lurus batang dan rel. Jika batang tersebut awalnya dari posisi diam, berapakah kecepatan gerak batang saat meninggalkan rel? 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 5: 

• Tentukan arah Gaya Lorentz dengan menggunakan kaidah tangan kanan. 
• Lakukan analisis seperti gerak menggelinding pada umumnya, dengan komponen gaya mendatar adalah Gaya Lorentz dan Gaya Gesek antara batang dan rel. 
• Karena jenis geraknya adalah menggelinding, maka substitusikan persamaan gerak translasinya sesuai Hukum Newton 2 ke dalam persamaan gerak rotasinya. Sehingga diperoleh percepatan gerak benda. 
• Selanjutnya lakukan analisis gerak lurus berubah beraturan untuk menghitung kecepatan akhir batang di ujung rel.

6. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik

Sebuah kabel transmisi listrik yang terbentang mendatar sepanjang $50\,m$, dialiri arus listrik sebesar $2\,kA$ ke arah utara seperti yang ditunjukkan gambar. Medan magnet bumi di daerah tersebut memiliki besar $5\times {{10}^{-5}}\,T$. Arah medan magnet pada lokasi tersebut adalah ${{60}^{o}}$ dari arah utara menuju bawah kabel penghantar listrik. Tentukan besar dan arah gaya magnet yang dialami oleh kabel penghantar tersebut. 

Pentunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 6: 

• Gunakan kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz. 
• Hitunglah besar Gaya Lorentz dengan persamaannya pada kawat lurus dalam medan magnet.

7. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kawat Penghantar 

Sebuah kawat penghantar bermassa $10\,gr$ dengan panjang $60\,cm$, digantung pada sepasang pegas elastis, seperti gambar. Kawat tersebut berada dalam daerah bermedan magnet sebesar $0,4\,T$. Berapakah besar dan arah arus listrik yang harus dialirkan dalam kawat tersebut untuk menghilangkan tegangan pada pegas? 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 7: 

• Gambarlah gaya yang terjadi pada sistem tersebut, ada gaya berat dan gaya pegas. 
• Anggap sistem dalam keadaan setimbang, sehingga resultan gyanya adalah nol. 
• Berdasarkan resultan gaya tersebut, dapat diketahui besar gaya pegasnya, sehingga kita bisa substitusikan ke dalam persamaan Gaya Lorentz pada kawat lurus. 
• Kemudian tentukan arah Gaya Lorentz dengan kaidah tangan kanan, ingat arah Gaya Lorentz harus searah gaya pegas untuk mengembalikan pegas dalam kondisi relaks tanpa tegangan.

8. Soal HOTS Gaya Lorentz pada Kumparan Kayu Menggelinding 

Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah kayu silinder dengan massa $m=0,25\,kg$ dan panjang $L=10\,cm$. Pada kayu tersebut, dililitkan kawat penghantar sebanyak $N=10$ secara longitudinal seperti pada gambar. Kayu silinder tersebut dilepaskan dari keadaan diam pada bidang miring bersudut kemiringan $\theta $ terhadap horizontal. Jika besar medan magnet adalah $0,5\,T$, berapakah besar arus minimum untuk tetap menjada kayu tidak menggelinding dalam bidang miring? 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 8: 

• Gambar gaya yang terjadi pada kayu, ada gaya berat, gaya gesek, gaya Lorentz pada koil/kumparan. 
• Analisis resultan gaya dalam kondisi kayu tetap diam untuk menentukan besar gaya Lorentz total. 
• Kemudian lakukan substitusi nilai tersebut ke dalam persamaan gaya Lorentz pada kawat kumparan tersebut. 
• Atau menggunakan alternatif analisis tosi total dalam kayu yang nilainya adalah nol.

9. Soal HOTS Gaya Lorentz Kawat Penghantar dalam Konsep Torsi 

Sebuah kawat penghantar homogen dengan panjang $l$ dan massa $m$, diam di atas titik tumpu yang berada pada jarak ${l}/{4}\;$ dari ujung sebeah kiri kawat, seperti ditunjukkan pada gambar. Sistem tersebut berada dalam medan magnet homogen sebesar $B$ dalam arah masuk bidang gambar. Sebuah benda dengan massa $M$ yang nilainya 6 kali lebih besar dari massa kawat, digantung pada ujung kiri kawat tersebut. Berapakah besar dan arah arus listrik yang harus dialirkan dalam kawat agar sistem berada dalam keadaan setimbang. (Anggap kawat dibungkan dengan konektor fleksibel yang massa dan pengaruhnya diabaikan) 

Petunjuk Pengerjaan Soal HOTS Gaya Lorentz 9: 

• Gambar gaya yang terjadi pada kawat, mulai gaya berat pada kawat, gaya berat $M$, dan Gaya Lorentz pada kawat. 
• Ingat arah gaya Lorentz harus berpotensi menyeimbangkan sistem. 
• Gunakan prinsip kesetimbangan gerak rotasi (kesetimbangan momen gaya/torsi) untuk mengetahui besar Gaya Lorentznya. 
• Kemudian hitung arus listrik agar diperoleh gaya lorentz seperti yang sudah dihitung. 
• Tentukan arah arus sesuai kaidah tangan kanan.

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

Share this post