Makalah Fisdas II Kel 4
-
Upload
ismi-purnamasari -
Category
Documents
-
view
172 -
download
21
description
Transcript of Makalah Fisdas II Kel 4
BAB 1
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Kehidupan sehari-hari kita tidak terlepas dari fisika. Di sekeliling dan
lingkungan kita tanpa kita sadari berhubungan dengan fisika. Hampir segala yang
ada didekat kita pun berhubungan dengan fisika. Konsep-konsep fisika yang
berhubungan dengan kehidupan sehari-hari contohnya seperti magnet. Pada
penyusunan makalah ini kami menyusun dengan. mengambil tema pada
kemagnetan pada Bab Medan Magnet dan Torka pada Loop Arus. Pada materi
tersebut akan dibahas mengenai konsep dasar, aplikasi, ayat alquran dan soal-soal
yang berhubungan dengan materi medan magnet dan torka pada loop arus.
B. Rumusan Masalah
1. Apa saja peristiwa sehari-hari yang termasuk ke dalam aplikasi konsep
medan magnet dan torka pada loop arus ?
2. Bagaimana kaitan ayat alquran yang menjelaskan mengenai konsep medan
magnet dan torka pada loop arus ?
1
C. Tujuan
1. Untuk mengetahui peristiwa sehari-hari yang termasuk ke dalam aplikasi
konsep medan magnet dan torka pada loop arus.
2. Untuk mengetahui kaitan ayat alquran yang menjelaskan mengenai konsep
medan magnet dan torka pada loop arus.
2
BAB 2
LANDASAN TEORI
A. Medan Magnet
Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk
dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya
gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari
satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya
sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari
ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu
berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut
waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang
diletakkan di dalam medan tersebut. ( mahartahari.wordpress.com )
Arus Listrik Menimbulkan Medan Magnet Medan magnet adalah ruang
disekitar magnet dimana tempat benda-benda tertentu mengalami gaya magnet.
Hans Christian Oersted (1777-1851 orang Denmark) merupakan orang pertama
yang menemukan adanya medan magnet disekitar arus listrik. Gambar di samping
tampak jarum kompas diletakkan di bawah kawat penghantar. Saat saklar terbuka,
pada kawat tidak ada arus listrik yang mengalir dan jarum kompas pada posisi
sejajar dengan kawat. Apabila saklar ditutup sehingga arus mengalir pada kawat
penghantar, maka jarum kompas menyimpang. Simpangan jarum kompas
tergantung arah arus pada kawat dan letaknya.. ( id.wikipedia.org/wiki )
3
B. Garis-garis Gaya Magnet
Kita dapat membayangkan medan magnet yang mengelilingi listrik. Gaya
yang diberikan suatu magnetterhadap lainnya dapat dideskripsikan sebagai
interaksi Antara suatu magnet dan medan magnet dari yang lain. Sama seperti kita
menggambarkan garis-garis medan listrik, kita juga dapat garis-garis medan
magnet. Garis-garis ini dapat digambarkan seperti garis-garis medan listrik,
sedemikian sehingga arah medan magnet merupakan tangensial (garis singgung)
terhadap suatu garisndi titik manapun saja dan jumlah garis per satuan luas
sebanding dengan besar medan magnet. Garis-garis medan magnet menunjuk dari
kutub magnet utara ke selatan. ( Giancoli. 2001 : 134 )
4
C. Arus Listrik Menghasilkan Kemagnetan
Selama abad ke delapan belas, banyak filsuf ilmu alam yang mencoba
menemukan hubungan antara listrik dan magnet. Muatan listrik yang stasioner
dan magnet tampak tidak saling mempengaruhi. Tetapi pada tahun 1820 , Hans
Christian Oerstoed menemukan bahwa ketiks jarum kompas diletakkan di dekat
kawat listrik, jarum menyimpang saat kawat dihubungkan ke baterai dan arus
mengalir. Sebagaimana kita ketahui , jarum kompas dapat dibelokkan oleh medan
magnet. Apa yang ditemukan Oersted adalah bahwa arus listrik menghasilkan
medan magnet . Ia telah menemukan hubungan antara listrik dan magnet.
( paneninf.blogspot.com )
D. Gaya Magnet
Pada percobaannya Oersted menemukan hubungan antara sifat kemagnetan dan
kelistrikan dengan menggunakan rangkaian sederhana yang dilengkapi magnet jarum.
Dapat disimpulkan bahwa di sekitar kawat berarus listrik akan timbul medan magnetik
yang besar dan arahnya bergantung pada besar dan arah arus yang mengalir. Untuk
menentukan arah medan magnetik dari sebuah kawat berarus listrik dapat digunakan
kaidah tangan kanan pertama yaitu arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik dan arah
lipatan jari-jari yang lainnya menunjukkan arah putaran garis-garis medan magnetnya.
Untuk muatan yang bergerak dalam medan magnet akan mengalami gaya Lorentz sebesar:
F = q v B sin θ
Dimana: q = besarnya muatan (C)
v = kecepatan muatan
θ = sudut antara arah gerakan muatan terhadap medan B
5
Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan kedua yaitu :
- Telapak tangan kanan dibuka, jari-jari dirapatkan kecuali ibu jari.
- Ibu jari sebagai arah arus, jari-jari lainnya adalah arah induksi magnet
- Arah telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz
- Sudut θ adalah sudut yang dibentuk oleh ibu jari dengan jari-jari lainnya.
Untuk muatan yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet akan
membentuk lintasan berupa lingkaran sehingga gaya Lorentz yang
mempengaruhinya akan sama besarnya dengan gaya sentripetal yang dialami
sehingga diperoleh jari-jari lintasan
Sifat Kemagnetan Suatu Bahan
Berdasarkan sifat magnetnya, benda yang ada di sekitar kita dapat
digolongkan menjadi benda magnetik dan nonmagnetik. Sifat ini muncul sebagai
akibat dari susunan magnet elementer yang terdapat di dalam benda tersebut.
.( informasisainsku.blogspot.com )
E. Torsi pada Loop Arus dalam Medan Magnet
Gaya netto pada loop arus dalam medan magnet homogen adalah nol. Akan
tetapi, bagaimanapun pada loop tersebut terdapat torka netto yang memutarnya.
untuk loop dengan N lilitan, torkanya:
τ = IAB sin ө
Torsi dan Defleksi Galvanometer
Sebuah kumparan (coil) kawat halus digantung di dalam medan magnet yang
dihasilkan oleh sebuah magnet permanen. Menurut hukum dasar gaya elktro
6
magnetic kumparan tersebut akan berputar di dalam medan magnet bila dialiri
oleh arus listrik. Gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi
sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan dan keelastisan serabut tersebut
membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. Kumparan akan
terus berdefleksi sampai gaya elektromagnetiknya mengimbangi torsi mekani
lawan dari gantungan. Dengan demikian penyimpangan kumparan merupakan
ukuan bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. Sebuah cermin yang
dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan
sebuah bintik cahaya yabg telah diperkuat bergerak di atas skala pada suatu jarak
dari instrument. Fek optiknya adalah sebuah jarum penunjuk yang panjang tetapi
massanya nol.
Walaupun galvanometer suspensi bukan instrument yang praktis ataupun portable
(mudah dipindahkan), prinsip-prinsip yang mengatur cara kerjanya diterapkan
secara sama terhadap jenis yang lebih baru yakni mekanisme kumparan putar
magnet permanen (PMMC, permanent magnet moving-coil mechanism).
Juga di sini terdapat sebuah kumparan, digantung di dalam medan magnet sebuah
magnet permann berbentuk sepatu kuda. Kumparan digantug sedemikian sehingga
ia dapat berputar bebas di dalam medan magnet. Bila arus mengalir di dalam
kumparan torsi elektromagneik yang dibangkitkannya akan menyebabkan
perputaran kumparan tersebut. Torsi ini diimbangi oleh torsi mekanis pegas-pegas
pengatur yang diikat pada kumparan. Kesetimbangan torsi-torsi dan juga posisi
sudut kumparan putar dinyatakan oleh jarum penunjuk terhadap referensi tertentu
yang disebut skala.
7
Persamaan untuk pengembangan torsi yang diturunkan dari hukum dasar
elektromagnetik adalah:
T = B x A x I x N
Dimana :
T = torsi dalam Newton-meter (N-)m
B = kerapatan fluks di dalam senjang udara (Wb/m2)
A = luas efektif kumparan (m2)
I = arus di dalam kumparan (Ampere)
N = jumlah lilitan kumparan putar
( mahartahari.wordpress.com )
BAB 3
PEMBAHASAN
8
A. Peta Konsep
B. Aplikasi Medan Magnet dan Torka Pada Loop Arus
Dalam kehidupan sehari-hari gaya magnet digunakan untuk berbagai
keperluan seperti mengambil benda-benda dari logam, penunjuk arah, mengubah
9
Magnet
Medan Magnet dan garis garis
gayamagnet
Hukum Biot -Savart
Gaya LorentzGaya Magnet pada muatan
Aplikasi dalam Kehidupan
Magnet dalam Ayat Alquran
F = qvB sin өF = BIL sin ө
Torsi Pada Loop Arus
Momen Magnet
Aplikasi dalam
Kehidupan
B= µ0I/2Πr
energi listrik menjadi energi bunyi, menghasilkan listrik, menggantikan roda
pada kereta api maglev, dan merapatkan dua benda.
1. Mengambil Benda-Benda dari Logam
Benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet adalah bahan yang terbuat
dari logam seperti besi, baja, dan nikel. Dengan adanya sifat itu, magnet
digunakan pada beberapa peralatan untuk mempermudah mengambil benda
dari logam. Peralatan tersebut antara lain gunting, obeng, tang, dan alai
pengangkut besi tua.
Ujung-ujung gunting dibuat bermagnet agar mudah mengambil dan
mencari jarum. Ujung obeng dibuat bermagnet agar sekrup yang akan
dipasangkan menempel pada ujung obeng sehingga mudah memasangnya.
Alat pengangkut besi tua menggunakan elektromagnet yang dialiri arus
listrik kuat untuk mengangkut besi tua. Besi tua akan menempel pada alas
pengangkut selama arus listrik terns mengalir. Bila arus listrik dimatikan,
besi tua akan berjatuhan.
Alat tersebut juga berfungsi memisahkan besi dan baja tua dengan
benda-benda lain yang bukan logam. Besi dan baja tua yang telah ‘an akan
dilebur untuk dibentuk menjadi besi clan baja yang bars.
2. Penunjuk Arah
Magnet dapat digunakan untuk menunjukkan arah karena kutub-kutub
magnet selalu menunjukkan arah utara dan selatan. Alat yang memanfaatkan
sifat magnet tersebut adalah kompas. Kompas adalah alat penunjuk arah
mata angin. Di dalam kompas terdapat magnet berbentuk jarum yang selalu
menunjukkan arah utara dan selatan. Sehingga dapat digunakan untuk
10
menunjukkan arah mata angin. Kompas digunakan oleh pelaut, pendaki
gunung, dan pilot untuk membantu menunjukkan jalan.
3. Membantu dalam Perubahan Energi
Meskipun tidak terlihat, beberapa peralatan seperti speaker menggunakan
magnet pada bagian pengeras suara (speaker). Fungsi magnet pada speaker
adalah mengubah energi listrik menjadi energi bunyi.
4. Menghasilkan Listrik
Magnet dapat menghasilkan listrik dalam jumlah besar dan kecil. Salah
satu alat yang menggunakan magnet untuk menghasilkan listrik adalah
dinamo sepeda. Pada dinamo sepeda, magnet menghasilkan energi listrik
dalam jumlah kecil yang digunakan untuk menyalakan lampu sepeda.
5. Merapatkan Dua Benda
Penerapannya pada pintu lemari es yang dapat menutup dengan mudah.
Hal tersebut dikarenakan di sekeliling sisi pintu lemari es terdapat magnet.
Sebuah magnet yang panjang diletakkan di dalam karet sepanjang pintu
lemari es. Lemari es terbuat dari baja, jadi magnet akan membuat pintu
lemari es menutup dengan rapat ketika menutupnya. Pintu lemari es yang
tertutup rapat dapat menjaga suhu di dalam tetap dingin sehingga makanan
dan minuman di dalamnya tetap segar.
Beberapa benda lain yang menggunakan magnet adalah kotak
pensil dan tas. Magnet dapat menjaga kotak pensil dan tas menutup dengan
rapat sehingga berbagai benda di dalamnya tidak mudah jatuh.
11
Beberapa pintu menggunakan magnet agar pintu tidak mudah
menutup jika tertiup angin. Magnet tersebut diletakkan di balik pintu dengan
besi atau baja menempel pada belakang pintu.
6. Menggantikan Roda pada Kereta Api Maglev
Kereta api jenis maglev adalah kereta api modern yang bergerak tidak
menggunakan roda tetapi menggunakan magnet. Kereta api maglev bergerak
melayang di atas rel yang terbuat dari magnet. Oleh karena itu kereta api ini
disebut maglev, singkatan dari magnetic levitation yang artinya mengapung
di atas magnet.
( informasisainsku.blogspot.com )
C. Ayat Alqur’an berkaitan dengan konsep Medan Magnet dan Torka Pada
Loop Arus
1. Q.S Yaasin Ayat 36 : ‘’ Mahasuci Tuahn yang telah menciptakan
pasangan-pasangan semuanya , baik dari apa yang ditumbuhkan oleh bumi
dan dari diri mereka maupun dari apa yang mereka tidak ketahui., (
Zhuldyn.Wordpress.com )
2. Q.S Az- Zariat Ayat 49 :” Segala sesuatu Kami ciptakan berpasangan
supaya kamu mengingat akan kebesaran Allah” ( Mochtar. 2001 : 430 )
3. Q.S An-Naba Ayat 8 : “ Dan Kami jadikan kamu berpasang-pasangan”
( Mochtar. 2001 : 430 )
4. Q.S Az-Zukhruf Ayat 12 : “ Dan yang menciptakan bepasang-pasangan
………..”( Mochtar. 2001 : 430 )
12
Penjelasan dari keempat ayat Alquran tersebut yaitu “…setiap partikel
memiliki anti-partikel dengan muatan yang berlawanan … … dan hubungan
ketidakpastian mengatakan kepada kita bahwa penciptaan berpasangan dan
pemusnahan berpasangan terjadi di dalam vakum di setiap saat, di setiap
tempat.”
D. Soal-Soal dan Pembahasan
Soal Pilihan Ganda
1. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 40 Ampere.
Besarnya nduksi magnet pada sebuah titik yang jaraknya 10 cm dari pusat
kawat tersebut adalah…
A. 8.10-6 T C. 8.10-5 T E. 4.10-
4 T
B. 8.10-5 T D. 12.10-5 T
Pembahasan:
Diketahui: I = 40 A
a = 10 cm = 10-1 m
µo= 4π . 107 Wb/Am
B = µoI / 2 πa
= (4 π . 10-7)(40) / 2π. 10-1 = 8.10-5 Wb/m2 = 8.10-5 T
Jadi, C (Ahmad Zaelani dkk. 2012 : 466 )
2. Dua buah kawat sejajar yang sangat panjang dialiri arus listrik yang sama
besar yaitu 3 Ampere dengan arah saling berlawanan jika µ0 = 4 × 10-7
13
Wb/ Am dan jarak kedua kawat 40 cm. Maka indusi magnet di titik P yang
berjarak 30 cm dari salah satu kawat adalah…………….
A. 2.10-6 T C. 6.10-6 T E.
12.10-6 T
B. 4.10-6 T D. 8.10-6 T
Pembahasan:
Diketehui: I1 =I2 =3A
a1 = (40-30)cm =10cm =10-1 m
a2= 30cm = 3.10-1 m
Besar induksi magnet di titik P merupakan jumlah B1 dan B2 ,yang
ditunjukan dengan garis singgung medan magnet yang searah pada titik P.
Bp = B1 + B2
= µo.I1 / 2 π a1 + µo.I2 / 2π a2
= (4π.10-7)(3) / 2π(10-1) + (4π.10-7)(3) / 2π(3.10-1)
=6.10-6 + 2.10-6
= 8.10-6
Jadi, besar induksi magnet dititik P tersebut adalah D. 8.10-6 T. (Ahmad
Zaelani dkk. 2012 : 466 )
14
3. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran dan jari-jari 10 cm terdiri atas 20
lilitan agar kuat medan magnet dipusat lingkaran sama dengan 4 × 10-3 T.
Maka besra arus listrik yang mengalir haruslah…………..
A. 100 A C. 10 A E. 1 A
B. 50 A D. 5 A
Penyelesaian:
Diketahui: a= 10 cm = 10-1 m
N = 20 lilitan
B = 4π . 10-3 T
µo = 4π . 10-7 Wb/Am
B = µo NI / 2a , maka I = 2a B / µo N
= 2(10-1)(4π.10-30) / (4π.10-7)(20) = 100A
Jadi, besar arus listrik yang mengalir haruslah A. 100A ( Ahmad Zaelani
dkk. 2012 : 467 )
4. Sebuah berkas sinar katoda (yaitu berkas electron me = 9,1 × 10-13 kg) , q =
-e ) dibengkokkan menjadi lingkaran dengan jari-jari 2,0 cm oleh sebuah
medan homogen dengan B = 4,5 × 10-3 T. Berapa laju electron tersebut.
A. 1,6 X 104 km/det C. 1,6 X 106 km/det E. 1,6 X 108
km/det
B. 1,6 X 105 km/det D. 1,6 X 107 km/det
15
Penyelesaian: untuk menjelaskan sebuah lingkaran seperti ini, partikel-
partikel tersebut harus bergerak tegak lurus terhadap B. Dari persamaan (l)
v= rqB / m = (0,020 m)(1,6 X 10-19 C)(4,5 X 10-3 T) / 9,1 X 10-3 kg = 1,58
X 107 m/det = 1,6 X 104 km/det.
Jadi, A. ( Bueche. 2006 : 208 )
5. Pada gambar medan magnet kearah atas keluar halaman dan B = 0.80 T
Kawat yang tampak mengalirkan arus 30 Ampere. Tentukan besar dan
arah gaya pada kawat sepanjang 5,0 cm ?
A. 1,1 N C. 1,3 N E. 1,5 N
B. 1,2 N D. 1,4 N
Penyelesaian:
Kita mengetahui bahwa
∆Fm =l (ΔL) B sin θ =(30 A)(0,050 m)(0,80 T)(l) = 1,2 N
Dengan menggunakan aturan tangan kanan, gaya tersebut tegak lurus
terhadap kawat dan medan dan diarahkan menuju kebawah halaman.
Jadi, B. ( Bueche. 2006 : 209 )
6. Dua electron masing-masing dengan laju 6,0 × 106 m/s ditembakkan
kedalam medan magnet homogeny B yang pertama ditembakkan dari titik
asal ke sepanjang sumbu x+ dan electron tersebut bergerak dalam
lingkaran yang memeotong sumbu z+ pada z= 16 cm electron kedua
ditembakkan keluar spanjang sumbu y+ dan bergerak dalam garis lurus.
Tentukan besar dan arah B…
16
A. 3,6 X 10-2 C. 3,6 X 10-4 E. 3,6 X 10-6
B. 3,6 X 10-3 D. 3,6 X 10-5
Penyelesaian:
Karena suatu muatan tidak mengalami gaya jika bergerak pada semua
garis medan medan, medan tersebut harus dalam arah y+ atau y-.
Penggunaan aturan tangan kanan untuk gerakan yang tampak pada
diagram untuk muatan elektron negatif membuat kita berkesimpulan
bahwa medan adalah kearah y-.
Untuk menentukan besar B, kita memperhatikan bahwa r = 8cm. Gaya
medan magnetik Bqv memberikan gaya sentripetal yang dibutuhkan mv2/r,
maka
B = mv / qr = (9,1 X 10-31 kg)(5,0 X 106 m/det) / (1,6 X 10-19 C)(0,080 m) =
3,6 X 10-5
Jadi, D. ( Bueche. 2006 : 2010 )
7. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 2,0 X 107 m/det pada bidang
yang tegak lurus terhadap medan magnet sebesar 0,010 T. Deskripsikan
lintasannya ....
A. 1,1 X 10-2 m C. 1,1 X 10-4 m E. 1,1 X 10-6 m
B. 1,1 X 10-3 m D. 1,1 X 10-5m
Penyelesaian:
Elektron bergerak dengan laju konstanpada kurva lintasan yang radius
kelengkungannya ditemukan dengan menggunakan hukum kedua Newton,
F = ma. Kita mempunyai kecepatan sentripental a=v2/r, sehingga kita
dapat
17
F = ma
qvB = mv2 / r
kita selesai untuk r kita dapat
r = mv / qb
karena F tegak lurus terhadapterhadap v, srbesar v tidak berubah. Dan
persamaan ini kita lihat bahwa jiwa B = konstan , maka r = konatan dan
kurva pasti pasti berupa lingkaran seperti telah kita nyatakan di atas.
Untuk mendapatkan r, kita masukkan angka-angka.
r=(9,1 X 10-31 kg)(2,0X107 m/det) / (1,6X10-19 C)(0,010 T) = 1,1X10-2 m
Jadi, A ( Giancoli. 2001 : 141 )
8. Kawat listrik vertikal didinding sebuah gedung membawa arus dc sebesar
25 A keatas. Berapa medan magnet pada titik 10 cm di utara kawat ini ?
A. 5,0 X 10-3 T C. 5,0 X 10-5 T E. 5,0 X 10-7 T
B. 5,0 X 10-4 T D. 5,0 X 10-6 T
Penyelesaian:
B = µo I / 2πr = (4π X 10-7 T . m/A)(25 A) / ( 2π)(0,10 m) = 5,0 X 10-5 T
Atau 0,50 G. Dengan kaidah tangan kanan, medan menunjukan ke barat
pada titik ini. Karena medan ini memiliki besar yang kira-kira sama
dengan medan Bumi, kompas tidak akan menunjuk ke utara tetapi ke arah
barat daya.
Jadi, C ( Giancoli. 2001 : 143 )
9. Kawat horizontal membawa arus I1 = 80 A dc. Berapa besar arus I2 yang
harus dibawa kawat paralel kedua yang berada 20 cm di bawahnya
18
sehingga kawat tidak jatuh karena gravitasi ? kawat yang lebih rendah
memiliki massa 0,12 g per meter panjangnya.
A. 11 A C. 13 A E. 15 A
B. 12 A D. 14 A
Penyelesaian:
Gaya gravitasi pada kawat yang lebih rendah mengarah ke bawah dan
untuk setiap meter panjangnya memiliki basar
F / l = mg / l= (0,12 X 10-3 kg)(9,8 m/det2) / 1,0 m = 1,18 X 10-3 N/m
Gaya magnet pada kawat 2 harus ke atas (sehingga I2 harus memiliki arah
yang sama dengan I1 ) dan dengan L = 0,20 m dan I1 = 80 A memiliki
besar
F / l = µo I1 I 2 / 2π L
Kita selesikan untuk I2 dan didapatkan
I2 = 2πL / µo I1 [ F / l ] = 2π(0,20 m) / (4π X 10-7 T.m / A) (1,18 X 10-3
N/m) = 15
A
Jadi, E ( Giancoli. 2001 : 145 )
10. Kumparan kawat melingkar mempunyai diameter 20,0 cm dan terdiri dari
10 loop (lilitan). Arus pada setiap loop sebesar 3,00 A, dan kumparan
diletakkan pada medan magnet 2,00 T. Tentukan torsi maksimum dan
minimum yang diberikan pada kumparan oleh medan.
Penyelesaian:
19
A. I,55 N.m C. 1,77 N.m E. 1,99 N.m
B. 1,66 N.m D. 1,88 N.m
Dimana luas adalah
A = πr2 = π(0,100 m)2 = 3,14 X 10-2 m2
Torsi maksimum terjadi ketika permukaan pararel terhadap medan magnet,
sehingga θ= 90odan sin θ= 1
Torsi = NIAB sin θ= (10)(3,00 A)(3,14 X 1010-2 m2)(2,00 T)(1)=1,88 N.m.
Torsi minimum terjadi jika sin θ= 0, dimana θ= 00, dan kemudian torsi =
0.
Jadi, D ( Giancoli. 2001 : 151 )
Soal Essay
1. Sebuah medan magnet homogen, B = 3,0 G terdapat dalam arah x+ sebuah
proton (q= +) ditemukan melalui medan dengan arah y+ dengan laju 5,0 ×
106 m/s. Tentukan besar dan arah gaya pada proton
Jawaban:
. Setelah mengubah 3,0 G dengan 3,0 X 10-4 T, kita memiliki, FM = qvB sin
= (1,6 X 10-19 C) (5,0 X 10 6 m/det) (3,0 X 10-4 T ) sin 900 = 2,4 X 10-16 N
Gaya tersebut tegak lurus terhadap bidang xy, bidang yang ditentukan
olehgaris medan dan v. Aturan tangan kanan menunjukan kepada kita
bahwa gaya tersebut berada dalam arah z- .
( Bueche. 2006 : 208 )
20
2. Muatan yang tampak adalah sebuah proton (q=+e mp= 1,67 × 10-27 kg)
dengan laju 5,0 × 106 m/s muatan tersebut melewati sebuah medan magnet
homogeny yang diarahkan keatas keluar halaman ; d adalah 30 G. Jelaskan
jalur yang ditempuh oleh proton tersebut !
Jawab
Kerena kecepatan proton tegak lurus terhadap B, gaya pada proton adalah
qvB sin 900 = qvB
gaya ini tegak lurus terhadap v sehingga tidak melakukan pada proton.
Gaya ini langsung membelokkan proton dan menyebabkannya mengikuti
lintasan melingkar yang tampak, sebagaimana anda dapat
membuktikannya dengan menggunakan aturan tangan kanan. Gaya qvB
secara radial terarah kedalam dan memberikan gaya sentripental untuk
gerak melingkar: FM =qvB = ma = mv2/r dan
r= mv/qB
untuk data yang diketahui r= (1,67 X 10-27 kg)(5,0 X 106 m/det) / (1,6 X 10-
19 C)(30 X 10-4 T)
Amati dari persamaan (l)
bahwa momentum partikel bermuatan berbanding lurus dengan jari-jari
orbit lingkungannya. ( Bueche. 2006 : 208 )
3. Sebuah proton memasuki medan magnet dengan induksi magnetic 1,5
Wb/m2 dengan kecepatan 2,0 × 107 m/s pada sudut 300 terhadap medan.
Hitung besar gaya pada proton !
Jawab:
21
FM = qvB sin = (1,6 X 10-19 C)(2,0 X 10 7 m/det)(1,5 Wb/m2) sin 300 =2,4
X 10-12 N
( Bueche. 2006 : 208 )
4. Kumparan dengan 40 loop mengalirkan arus 2,0 Ampere dalam sebuah
medan magnet B = 0, 25 T. Tentukan momen punter pada kumparan
tersebut bagaimana putarannya !
Jawab :
Metode 1
Torsi = NIAB sin ө= ( 40) (2,0 A)(0,10 m X 0,12 m)(0,25 T ) (sin 900)
= 0,24 N . m
( ingatlah bahwa teta adalah sudut antar garis-garis medan dan tegak lurus
terhadap loop). Dengan menggunakan aturan tangan kanan, kumparan
akan berputar mengelilingi sumbu vertikal sedemikian sehingga sisi ad
bergerak keluar halaman.
Metode 2
Karena sisi dc dan ab searah dengan medan tersebut, gaya pada masing-
masing tersebut adalah nol, sehingga gaya pada masing-masing kawat
vertikal adalah
FM = ILB = (2,0 A)(0,12 m)(0,25 T)= 0,060 N
Keluar dari halaman pada sisi ab dan ke dalam halaman pada sisi dc. Jika
kita mengasumsikan momen-momen puntir pada sisi bc sebagai sumbu,
hanya gaya pada sisi ab yang menghasilkan momen puntir bukan nol.
Gaya tersebut adalah
Torsi = (40 X 0,060 N)(0,10 m) = 0,24 N . m
22
Dan gaya tersebut cenderung memutar sisi ad keluar halaman.
( Bueche.2006 : 211 )
5. Seperempat dari loop kawat melingkar tunggal yang mengalirkan arus 14
Ampere. Jari-jarinya adalah a = 5,0 cm medan magnet homogeny B = 300
G diarahkan kearah x+. Tentukan momen puntir pada loop dan arah rotasi
Jawab:
Normal terhadap loop, OP , membentuk sudut ө= 60 0 terhadap arah x+,
yaitu arah medan tersebut. Sehingga
Torsi = NIAB sin ө= (1)(14A)(vi X 25 X10-4 m2)(0,300 T) sin 600= 2,9 X
10-3 N .m
Aturan tangan kanan menunjukan bahwa loop tersebut akan berputar
mengelilingi sumbu y sehingga memperkecil sudut 600 ( Bueche.2006 :
211 )
23
BAB 4
PENUTUP
A. Kesimpulan
Kita telah mengetahui bahwa konsep-konsep fisika erat sekali
hubungannya dengan kehidupan sehari-hari contohnya seperti magnet pada
medan magnet yang dapat diaplikasikan seperti untuk mengambil benda-
benda dari logam, penunjuk arah pada kompas, membantu dalam perubahan
energy, menghasilkan listrik, merapatkan dua benda, dan lain-lain. Selain itu
juga, kita sebagai umat Islam harus menyadari dan mengetahui bahwa konsep
fisika pun dilandasi dari ayat-ayat alquran, terdapat beberapa ayat alquran
yang menjelaskan konsep magnet secara tidak langsung bahwa Allah
menciptakan suatu partikel dengan ada pasangannya, inilah bukti dari
kekuasaan dan keagungan Allah sebagai sang pencipta.
B. Saran
Magnet memiliki banyak kegunaan untuk kehidupan manusia sehari-
hari, oleh karena itu manusia dituntut untuk menggunakan teknologi secara
efektif dan efisien. Penggunaan teknologi berbasis magnet misalnya dapat
memberikan manfaat dalam berbagai bidang. Kita sebagai genersai muda
harus tanggap dalam memenuhi tuntutan zaman dan memeberikan inovasi
dan kreasi baru untuk kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.
DAFTAR PUSTAKA
24
Ahmad Zaelani, dkk. 2012. 1700 Bimbingan Soal dan Pemantapan. Bandung :
Yrama Widya
Frederick J. Bueche. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta : Erlangga
Giancoli, Doughlash.2001. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta : Erlangga
Kanginan Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta : Erlangga
Naim, Mochtar. 2001. Kopendium Himpunan Ayat-ayat Alquran yang Berkaitan
dengan Fisika dan Geografi. Jakarta : Hasanah
Magnet dan Elektromagnet “Magnet dan Elektromagnet”
http://mahartahari.wordpress.com/( diakses pada 19 Februari 2014 )
Magnet “ Gaya Lorentz” http://id.wikipedia.org/wiki/( diakses pada 19 Februari
2014 )
Gaya Magnet “ Pengertian Gaya Magnet” http://paneninf.blogspot.com/ (diakses
pada 20 Februari 2014 )
Rangkuman Sainsku “ Gaya Magnet
“http://informasisainsku.blogspot.com/2012/04/gaya-magnet.html (diakses pada
20 Februari 2014)
Ayat-Ayat Alquran tentang Konsep Fisika.Zhuldyn.Wordpress.Com ( diakses
pada 20 Februari 2014)
25