Pembahasan Fisika UN: Gaya Magnetik

Penerapan gaya magnetik pada kereta cepat Maglev

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Gaya Magnetik yang meliputi:

• gaya Lorentz pada kawat berarus listrik dalam medan magnet, 
• gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dalam medan magnet, serta 
• gaya magnetik antara dua kawat sejajar yang berarus listrik.

Soal Gaya Magnetik UN 2012

Perhatikan gambar berikut!

Jika arus listrik I dialirkan pada kawat AB maka arah gaya magnetik yang dialami kawat AB adalah ….

A.   ke arah B
B.   ke kiri
C.   ke kanan
D.   tegak lurus masuk bidang kertas
E.   tegak lurus keluar bidang kertas

Pembahasan

Gambar pada soal di atas adalah kawat berarus listrik yang berada dalam medan magnet. Peristiwa ini mengakibatkan kawat melengkung atau mengalami gaya magnetik yang dikenal dengan sebutan gaya Lorentz.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan berikut ini:

Sementara itu, arah garis-garis gaya magnet (B) pada magnet batang adalah menuju kutub selatan (S).

Nah, mari kita terapkan aturan tangan kanan tersebut pada gambar soal.

• Mula-mula arahkan empat jari ke arah S atau kanan. 
• Kemudian arahkan ibu jari ke arah bawah. 

Maka akan didapat telapak tangan mengarah ke pembaca atau tegak lurus keluar bidang kertas.

Jadi, arah gaya magnetik yang dialami kawat AB adalah tegak lurus keluar bidang kertas (E).

Soal Gaya Magnetik UN 2011

Sebuah kawat PQ diletakkan di dalam medan magnet homogen seperti gambar.

Jika kawat dialiri arus listrik dari Q ke P maka arah kawat akan melengkung ….

A.   ke bawah
B.   ke atas
C.   ke samping
D.   keluar bidang gambar
E.   masuk bidang gambar

Pembahasan

Kawat PQ akan melengkung karena berada dalam medan magnet. Hal ini karena kawat tersebut mengalami gaya magnet (gaya Lorentz). Arah lengkungan kawat sesuai dengan arah gaya Lorentz yang terjadi pada kawat tersebut.

Pada gambar di atas, arah medan magnet ditunjukkan dengan tanda silang. Berarti arah medan magnet tersebut masuk tegak lurus bidang kertas.

Sedangkan arus listrik pada kawat mengalir dari Q ke P. Berarti arah arus listriknya ke kiri.

Sekarang kita tentukan arah lengkungan kawat atau arah gaya magnetik yang terjadi.

• Arahkan empat jari masuk tegak lurus bidang kertas.
• Arahkan ibu jari ke kiri.

Maka akan diperoleh arah telapak tangan ke bawah.

Jadi, kawat PQ dalam medan magnet tersebut akan melengkung ke bawah (A).

Soal Gaya Magnetik UN 2013

Sebuah muatan listrik positif bergerak dengan kecepatan v memotong medan magnet B secara tegak lurus. Gambar yang benar tentang arah gaya magnet F, kecepatan v, dan medan magnet B adalah ....

Pembahasan

Gaya Lorentz juga bisa terjadi pada muatan yang bergerak dalam medan magnet. Arah gaya magnet yang terjadi juga dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan dengan sedikit perbedaan sebagai berikut.

Jika partikel yang bergerak bermuatan positif maka arah gaya Lorentz yang terjadi adalah arah telapak tangan. Sebaliknya jika partikel tersebut bermuatan negatif maka arah gaya Lorentz adalah arah punggung tangan (lihat gambar).

Untuk soal di atas, kita harus memeriksa tiap opsi jawaban. Model soal seperti ini disebut trial and error (dicoba-coba sampai ketemu jawabannya). Umumnya model soal trial and error jawabannya D dan E. Oleh karena itu, cobalah dari opsi E terlebih dahulu.

Mari kita uji opsi E:

• Arahkan empat jari tegak lurus keluar bidang kertas.
• Arahkan ibu jari ke atas.

Maka diperoleh telapak tangan menghadap ke kanan (berarti opsi E benar).

Jadi, gambar yang benar tentang arah F, v, dan B adalah opsi (E).

Soal Gaya Magnetik UN 2015

Dua kawat sejajar dialiri arus listrik seperti tampak pada gambar.

Jika μ₀ = 4π × 10⁻⁷ W.A⁻¹.m⁻¹ maka besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang yang dialami kedua kawat adalah ....

A.   1 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tarik-menarik
B.   3 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tolak-menolak
C.   3 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tarik-menarik
D.   6 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tolak-menolak
E.   6 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tarik-menarik

Pembahasan

Diketahui: 

I₁ = 2 A 
I₂ = 6 A 
a  = 4 cm
    = 4 × 10⁻² m

Gaya magnet per satuan panjang pada dua kawat sejajar memenuhi rumus:

    = 6 × 10⁻⁵

Sedangkan arah gaya magnetnya dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan ampere berikut ini.

B₁ adalah induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus I₁ dan B₂ adalah induksi magnet yang ditimbulkan oleh I₂. Antara B₁ dan B₂ berlawanan arah. Akibatnya terjadi tarik-menarik sehingga kedua kawat melengkung ke dalam.

Jadi, besar dan arah gaya magnetik per satuan panjang yang dialami kedua kawat adalah 6 × 10⁻⁵ N.m⁻¹, tarik-menarik (E).

Soal Gaya Magnet UN 2014

Kawat x dan y terpisah pada jarak 2 m. Kawat x dialiri arus listrik 2 A ke kanan seperti ditunjukkan pada gambar.

Jika μ₀ = 4π.10⁻⁷ W.A⁻¹.m⁻¹ dan terjadi gaya tolak-menolak per satuan panjang antara kedua kawat sebesar 2×10⁻⁷ N.m⁻¹ maka besar dan arah arus pada kawat y adalah ....

A.   4 A ke kiri
B.   2 A ke kanan
C.   2 A ke kiri
D.   1 A ke kanan
E.   1 A ke kiri

Pembahasan

Diketahui: 

a = 2 m 
I_x = 2 A 
F/l = 2×10⁻⁷ N.m⁻¹

Gaya per satuan panjang antara kedua kawat tersebut memenuhi rumus

               I_y = 1

Pada pembahasan sebelumnya (soal Gaya Magnet UN 2015), kedua kawat sejajar dialiri arus listrik dengan arah yang sama mengakibatkan gaya tarik-menarik.

Sedangkan pada soal di atas terjadi gaya tolak-menolak. Berarti kedua arusnya saling berlawanan arah. Karena kawat x dialiri arus listrik ke kanan maka arah arus listrik pada kawat y ke kiri.

Jadi, besar dan arah arus pada kawat y adalah 1 A ke kiri (E).

Pembahasan soal Gaya Magnet yang lain dapat disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 32
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 26
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 34
Pembahasan Fisika UN 2017 No. 37
Pembahasan Fisika UN 2018 No. 34

Simak juga:
Pembahasan Fisika UN: Induksi Magnetik
Pembahasan Fisika UN: Induksi Elektromagnetik

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.