Magnet dapat berada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Bentuk yang paling sederhana berupa batang lurus. Bentuk lain yang sering kamu jumpai misalnya bentuk tapal kuda (ladam) dan jarum. Pada bentuk-bentuk ini, kutub magnetnya berada pada ujung-ujung magnet itu.

Jika dua buah magnet saling didekatkan, magnet pertama akan mengerjakan gaya pada magnet kedua, dan magnet kedua mengerjakan gaya kepada magnet pertama. Gaya magnet, seperti halnya gaya listrik, berupa tarikan dan tolakan. Jika dua kutub utara didekatkan, maka keduanya tolak-menolak. Dua kutub selatan juga saling menolak. Namun, jika kutub selatan didekatkan pada kutub utara, maka kedua kutub ini akan tarik-menarik. Sehingga kita dapat membuat aturan untuk kutub magnet: kutub senama tolak-menolak, dan kutub tak senama tarik-menarik.

Kutub-kutub magnet selalu berpasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Selama bertahun-tahun para ilmuwan mencoba mendapatkan satu kutub saja yang ada pada sebuah magnet. Menurutmu, bagaimanakah caranya? Kamu mungkin berpikir bahwa cara yang paling masuk akal untuk memisahkan kutub magnet adalah dengan memotong magnet manjadi dua.

Cara ini memang masuk akal, namun hasilnya tidak demikian. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua, ternyata hasilnya berupa dua magnet yang lebih kecil dan masing-masing tetap memiliki kutub utara dan selatan.

Suatu kawat lurus yang panjang dialiri arus I sebesar 15 A. Sebuah proton bermuatan \(1,6 \times 10^{-19} \) C bergerak dengan kecepatan \(5 \times 10 ^3 \) m/s sejajar dengan arah arus listrik pada jarak 1 cm dari kawat. Kuat medan magnetik di titik P adalah \(3 \times 10^{-5} \) T. Besar gaya yang bekerja pada muatan tersebut adalah ….

A. \(12 \times 10^{-16} \) N
B. \(24 \times 10^{-16} \) N
C. \(24 \times 10^{-18} \) N
D. \(24 \times 10^{-19} \) N
E. \(24 \times 10^{-20} \) N

Pembahasan :
Besar medan magnet yang ditimbulkan kawat:
\begin{aligned}
B &= \frac{\mu _o i}{2\pi a} \\
&= \frac{4\pi \times 10^{-7}\cdot 15}{2\pi \cdot 1 \times 10^{-2}} \\
&= 30 \times 10^{-5} \quad \textrm{wb} \cdot \textrm{m}^{-2}
\end{aligned}

Besar gaya Loerntz yang dialami protom :
\begin{aligned}
F &= Bqv \\
&= 30\times 10^{-5} \cdot 1,6 \times 10^{-19} \cdot 5 \times 10^3 \\
&= 24\times 10^{-20} \quad \textrm{N}
\end{aligned}

Jawaban : E

Dengan mengingat hukum II Newton pada gerak melingkar beraturan, berlaku :

\begin{aligned}
\Sigma F &= ma_s \\
Bqv \sin 90^o &= m\frac{v^2}{r} \\
r &= \frac{mv}{Bq}
\end{aligned}

dengan :
r = jari-jari lintasan (m)
m = massa partikel yang bergerak (kg)
v = kecepatan linear partikel (m/s)
B = induksi magnetik (T)
q = muatan partikel yang bergerak (C)

Contoh Soal :
Sebuah proton bermassa \(m = 9,1 \times 10^{-31} \) kg bergerak dengan kecepatan \(v = 3 \times 10 ^{6} \) m/s tegak lurus terhadap garis medan magnetik sehingga lintasannya berbentuk lingkaran. Jika medan magnetik \(B = 2 \times 10^{-4} \) tesla, tentukanlah :
a. Jari-jari lintasan.
b. Frekuensi gerak proton.

Penyelesaian :
a. Jari-jari lintasan :
\begin{aligned}
r &= \frac{mv}{Bq} \\
&= \frac{9,1 \times 10^{-32}\cdot 3\times 10^6}{2\times 10^{-4}\cdot 1,6 \times 10^{-19}} \\
&= 0,085 \quad \textrm{m}
\end{aligned}

b. Pada gerak melingkar, berlaku :

\begin{aligned}
v &= \omega r \\
&= 2\pi f r \\
r &= \frac{v}{2\pi f}
\end{aligned}

Sehingga :
\begin{aligned}
\frac{v}{2\pi f} &= \frac{mv}{Bq} \\
f &= \frac{1}{2\pi}\frac{Bq}{m} \\
&= \frac{1}{2\pi}\times \frac{2\times 10^{-4}\cdot 1,6\times 10^{-19}}{9,1 \times 10^{-31}} \\
&= 5,6 \times 10^6 \quad \textrm{Hz}
\end{aligned}