Berbicara tentang ilmu fisika pasti tidak asing dengan istilah gaya bukan? Yap, Gaya mempunyai jenis yang beragam, salah satunya gaya Lorentz. Penamaan gaya tersebut biasanya diambil dari nama belakang penemu atau pencetusnya. Sehingga tidak heran jika gaya mempunyai nama yang unik dan sangat khas.
Pengertian Gaya Lorentz
Seorang ilmuwan fisika asal Belanda bernama Hendrik Anton Lorentz melakukan penelitian mengenai interaksi penghantar yang mempunyai arus dan diletakan dalam medan magnet. Dari penelitian tersebut berhasil menemukan gaya yang dikenal dengan Gaya Lorentz. Penamaan gaya tersebut diambil dari nama belakang penemunya yaitu Lorentz.
Gaya Lorentz merupakan aturan mengenai penggabungan gaya magnetik dengan gaya elektrik yang ada dalam medan magnet. Gaya tersebut dapat memberikan manfaat yang cukup penting dalam kehidupan. Salah satunya untuk menggerakan motor listrik, alat elektronik seperti kipas angin, blender, mesin cuci dan masih banyak lagi.
Penemu gaya ini yaitu Lorentz, mengembangkan penelitian yang sudah dilakukan oleh ilmuwan sebelumnya untuk memperbaiki dan mengevaluasi hukum gaya elektromagnetik. Sehingga gaya tersebut lebih sempurna dan berkembang sesuai perkembangan teknologi saat ini.
Adanya gaya Lorentz diakibatkan karena muatan listrik atau arus listrik yang ada dan bergerak dalam medan magnet. Gaya ini mempunyai arah yang tegak lurus dengan induksi magnetik dan kuat arus listriknya.
Kaidah Tangan Kanan Gaya Lorentz
Untuk menentukan arah gaya ini dapat menggunakan kaidah tangan kanan dengan tiga jari tangan. Dalam kaidah tersebut, arah arus listrik diperankan oleh ibu jari, arah medan magnet yaitu jari telunjuk, dan arah gaya diperankan oleh jari tengah. Pada penerapanya, telapak tangan kanan terbuka dengan sudut α ≠90º.
Karena arah gaya selalu tegak lurus dengan medan magnet dan arus listriknya, maka besar sudut α tidak memengaruhi arah gaya tersebut. Kaidah tangan kanan ini dapat digunakan untuk menentukan arah gaya dalam menyelesaikan soal fisika. Besarnya arah gaya akan sama dengan arus listrik, panjang kawat, dan kuat medan magnet.
Dalam kaidah tangan kanan ini, dapat diterapkan dalam:
1. Kawat Bermuatan Listrik
Sebuah kawat panjang yang mempunyai muatan listrik, lalu diletakan pada medan magnet akan menimbulkan gaya Lorentz. Karena gaya tersebut akan menggabungkan arus listrik dengan besarnya medan magnet pada kawat tersebut.
Gaya yang maksimal terjadi apabila arah arus listrik tegak lurus dengan medan magnetnya. Sehingga keadaan ini menghasilkan nilai sin 90á´¼ = 1. Keadaan tersebut dapat terjadi secara nyata dan harus diusahakan, agar besaran gaya selalu maksimal dan arus listrik yang mengalir dalam kondisi tegak lurus.
2. Kawat Sejajar Bermuatan Listrik
Pada dua kawat panjang bermuatan listrik diletakan sejajar lalu diletakan pada medan magnet, maka akan timbul gaya Lorentz. Gaya yang timbul berupa gaya tolak menolak dan gaya tarik menarik.
Jika kedua kawat tersebut mempunyai arah yang saling berlawanan, maka gaya yang timbul yaitu gaya tolak menolak. Sehingga gaya yang timbul tergantung dari arahnya. Namun, jika kedua kawat tersebut searah, maka gaya yang timbul akan saling tarik menarik.
3. Muatan Bergerak dalam Medan Magnet
Jika pada medan magnet terdapat muatan listrik yang bergerak, maka akan mengalami gaya Lorentz. Gaya tersebut mempunyai arah yang berbeda sesuai dengan muatan partikelnya. Jika muatan partikel positif, maka arah gaya akan searah. Begitu juga sebaliknya ya.
Saat lintasan berbentuk lingkaran, maka arah gaya tersebut akan tegak lurus. Sehingga akan timbul gaya sentripetal yang mempunyai besaran yang sama dengan gaya.
Rumus Gaya Lorentz
Secara umum, rumus menentukan gaya Lorentz yaitu:
F Lorentz = BIl x sin α
Keterangan:
B = Kuat medan magnet dalam satuan Tesla
I = Kuat arus listrik pada kawat dalam satuan Ampere
l = Panjang kawat dalam satuan Meter
α = Sudut yang dibentuk
Jika gaya yang timbul pada kawat sejajar tarik menarik atau tolak menolak, dapat digunakan rumus:
F Lorentz = F1 = F2 = (µ0 I1 I2 / 2π α) x l
Keterangan:
F1 = Gaya tolak menolak atau tarik menarik kawat 1 dalam satuan Newton
F2 = Gaya tolak menolak atau tarik menarik kawat 2 dalam satuan Newton
I1 = Kuat arus listrik kawat 1 satuan Ampere
I2 = Kuat arus listrik kawat 2 satuan Ampere
µ0 = Permeabilitas dengan nilai 4π x 10-7 Wb/A
α = Jarak antara kedua kawat yang sejajar dalam satuan Meter
Untuk rumus gaya pada muatan listrik yaitu:
F Lorentz = qvB x sin α
Keterangan:
q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb
v = Kecepatan muatan listrik dalam satuan Meter/Sekon
B = Kuat medan magnet dalam satuan Tesla
α = Besar sudut yang dibentuk oleh kecepatan dan kuat medan magnet
Contoh Soal Gaya Lorentz
Mengenai gaya dalam ilmu fisika tidak lengkap jika belum mempelajari contoh soal dan pembahasannya.
Contoh Soal 1
Dalam suatu box besar terdapat kawat panjang berukuran 8 meter. Muatan listrik pada kawat itu sebesar 30 Amper. Kawat panjang itu berada dalam medan magnet yang mempunyai besaran 0.05 Tesla dengan membentuk sudut 600. Berapakah gaya Lorentz yang timbul dari kawat panjang tersebut?
Jawab:
Diketahui:
Panjang kawat atau I = 8 m
Arus listrik atau I = 30 A
Kuat medan magnet atau B = 0.05 T
Sudut α = 60º
Ditanyakan: Berapakah besar gaya yang dihasilkan dari kawat tersebut?
Jawab:
F Lorentz = BII x sin α
= (0.05 x 30 x 8) x sin 60º
= 12 x sin 60º
= 10,39 Newton
Contoh Soal 2
Terdapat sebuah proton yang bergerak ke kanan dengan kecepatan 4 m/s. Proton tersebut melewati medan magnet yang mempunyai besaran 5 x 10-5 Tesla. Jika muatan listrik pada proton tersebut sebesar 1.6 x 10-10 C, berapakah gaya yang terjadi pada proton tersebut?
Jawab:
Diketahui:
Kecepatan atau v = 4 m/s
Kuat medan magnet atau B = 5 x 10-5 T
Muatan listrik atau q = 1.6 x 10-10 C
Ditanyakan: Berapa gaya yang terjadi?
Jawab:
F Lorentz = q v B
= 1.6 x 10-10 x 4 x 5 x 10-5
= 3.2 x 10-14 Newton
Maka, besaran gaya yang terjadi pada proton tersebut sebesar 3.2 x 10-14 Newton.
Contoh Soal 3
Sebuah benda melewati medan magnet dengan kecepatan 10 m/s. Medan magnet yang dilewatinya mempunyai besar 0.0008 Tesla. Benda tersebut mempunyai muatan listrik yang besarnya 3 kali besar medan magnet. Berapa gaya yang timbul pada benda tersebut?
Jawab:
Diketahui:
Kecepatan = 10 m/s
Kuat medan magnet = 0.0008 T
Muatan listrik = 3 x 0.0008 C = 2.4 x 10-3 C
Ditanyakan: Berapa gaya yang timbul pada benda tersebut?
Jawab:
F Lorentz = q v B
= 2.4 x 10-3 x 10 x 0.0008
= 1.9 x 10-05 Newton
