Contoh Soal HOTS Hukum Newton dan Pembahasannya

Daftar Isi

Gimana kabarnya? Semoga kita semua selalu sehat, di artikel kali ini saya akan membagikan contoh soal HOTS fisika seputar Hukum Newton 1, 2, dan 3 lengkap dengan pembahasannya.

Berikut ini contoh soalnya:

Contoh Soal HOTS Hukum 1 Newton

Sebuah pesawat ruang angkasa sedang bergerak dengan kecepatan konstan di ruang hampa udara yang jauh dari pengaruh gravitasi benda langit lainnya. Di dalam pesawat, seorang astronot sedang melakukan percobaan dengan melepaskan sebuah bola di udara.

Soal:

Berdasarkan Hukum I Newton, jelaskan mengapa bola yang dilepaskan oleh astronot akan tetap diam di udara relatif terhadap astronot dan pesawat ruang angkasa.

Kemudian, prediksikan apa yang akan terjadi pada bola jika pesawat tiba-tiba mengubah arah geraknya.

Jawaban:

Penjelasan:

Hukum I Newton, juga dikenal sebagai hukum inersia, menyatakan bahwa sebuah benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus kecuali jika ada gaya eksternal yang bekerja padanya.

Dalam konteks ini, bola yang dilepaskan oleh astronot akan tetap diam di udara relatif terhadap astronot dan pesawat ruang angkasa karena tidak ada gaya eksternal yang bekerja pada bola setelah dilepaskan.

Bola memiliki inersia yang sama dengan pesawat ruang angkasa, sehingga akan mempertahankan keadaan geraknya yang sama dengan pesawat.

Prediksi:

Jika pesawat tiba-tiba mengubah arah geraknya, bola akan terlihat bergerak dalam arah yang berlawanan dengan arah perubahan gerak pesawat.

Hal ini terjadi karena bola cenderung mempertahankan keadaan geraknya semula (yaitu bergerak lurus dengan kecepatan konstan) sementara pesawat telah mengubah arah geraknya.

Contoh Soal HOTS Hukum 2 Newton

Sebuah mobil balap Formula 1 dengan massa total 800 kg (termasuk pengemudi) sedang melakukan akselerasi di lintasan lurus. Data telemetri menunjukkan bahwa mobil tersebut menghasilkan gaya dorong sebesar 12.000 N.

Soal:

1. Berdasarkan Hukum II Newton, hitung percepatan mobil balap tersebut saat melakukan akselerasi.
2. Jika mobil tersebut memulai akselerasi dari keadaan diam, berapa kecepatannya setelah 5 detik.
3. Jelaskan bagaimana massa mobil mempengaruhi percepatannya jika gaya dorong tetap konstan.
4. Selain gaya dorong mesin, identifikasi dan jelaskan setidaknya dua gaya lain yang bekerja pada mobil balap saat akselerasi, serta bagaimana gaya-gaya tersebut mempengaruhi geraknya.

Jawaban:

1. Percepatan:

Hukum II Newton menyatakan: F = m . a, di mana F adalah gaya, m adalah massa, dan a adalah percepatan.

Maka, a = F / m = 12.000 N / 800 kg = 15 m/s²

Jadi, percepatan mobil balap tersebut adalah 15 m/s².

2. Kecepatan setelah 5 detik:

Menggunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB): v = v₀ + a . t, di mana v adalah kecepatan akhir, v₀ adalah kecepatan awal (0 m/s karena mobil mulai dari keadaan diam), a adalah percepatan, dan t adalah waktu.

Maka, v = 0 + 15 m/s² . 5 s = 75 m/s

Jadi, kecepatan mobil setelah 5 detik adalah 75 m/s.

3. Pengaruh Massa:

Hukum II Newton menunjukkan bahwa percepatan berbanding terbalik dengan massa jika gaya tetap konstan. Artinya, jika massa mobil bertambah, percepatannya akan berkurang, dan sebaliknya.

4. Gaya-gaya Lain:

• Gaya Gesek: Gaya gesek antara ban dan permukaan lintasan bekerja berlawanan arah dengan gaya dorong, sehingga mengurangi percepatan mobil.
• Gaya Hambat Udara: Semakin cepat mobil bergerak, semakin besar gaya hambat udara yang bekerja berlawanan arah dengan gerak mobil, sehingga membatasi kecepatan maksimum yang dapat dicapai.

Contoh Soal HOTS Hukum 3 Newton

Dua orang astronot, masing-masing dengan massa 80 kg, sedang melakukan perbaikan di luar stasiun ruang angkasa. Mereka saling mendorong satu sama lain untuk berpindah posisi.

Soal:

1. Jelaskan bagaimana Hukum III Newton berlaku dalam situasi ini ketika salah satu astronot mendorong astronot lainnya.
2. Jika astronot pertama mendorong astronot kedua dengan gaya 10 N, berapa besar dan arah gaya yang dialami oleh astronot pertama?
3. Apa yang akan terjadi jika kedua astronot mendorong satu sama lain dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah? Jelaskan berdasarkan Hukum III Newton.
4. Jika salah satu astronot memiliki massa yang lebih besar daripada yang lain, bagaimana hal ini akan mempengaruhi hasil interaksi mereka ketika saling mendorong? Jelaskan.

Jawaban:

1. Hukum III Newton dalam Situasi Ini:

Hukum III Newton menyatakan bahwa setiap aksi akan menghasilkan reaksi yang sama besar dan berlawanan arah.

Ketika astronot pertama mendorong astronot kedua (aksi), astronot kedua akan memberikan gaya dorong balik pada astronot pertama (reaksi) dengan besar yang sama tetapi arahnya berlawanan.

2. Gaya pada Astronot Pertama:

Berdasarkan Hukum III Newton, gaya yang dialami oleh astronot pertama akan sama besar dengan gaya yang diberikannya pada astronot kedua, yaitu 10 N, tetapi arahnya berlawanan.

3. Dorongan dengan Gaya Sama Besar Berlawanan Arah:

Jika kedua astronot mendorong satu sama lain dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah, maka resultan gaya pada masing-masing astronot adalah nol.

Akibatnya, tidak akan ada percepatan pada kedua astronot, dan mereka akan tetap diam relatif satu sama lain.

4. Pengaruh Perbedaan Massa:

Jika salah satu astronot memiliki massa yang lebih besar, maka astronot tersebut akan mengalami percepatan yang lebih kecil dibandingkan dengan astronot yang massanya lebih kecil ketika keduanya saling mendorong dengan gaya yang sama besar.

Hal ini sesuai dengan Hukum II Newton (F = m . a), di mana percepatan berbanding terbalik dengan massa jika gaya tetap.

Demikianlah contoh soal HOTS fisika seputar Hukum Newton 1, 2, dan 3. Bagikan jika dirasa bermanfaat, terima kasih.