Soal Gerak Melingkar HOTS Part 1 dan Pembahasannya

Soal Gerak Melingkar HOTS Part 1 dan Pembahasannya – Soal HOTS (Higher Order Thinking Skills) tentang gerak melingkar adalah soal yang dirancang untuk menguji kemampuan siswa dalam berpikir kritis, analitis, dan kreatif mengenai konsep gerak melingkar. Soal ini tidak hanya meminta siswa untuk mengingat fakta atau menerapkan rumus dasar, tetapi juga mendorong mereka untuk menganalisis situasi yang lebih kompleks, mengintegrasikan berbagai konsep fisika, dan memecahkan masalah yang tidak biasa atau baru.

Baca juga: Kumpulan Soal Astronomi Planet Saturnus, Uranus, dan Neptunus beserta Jawabannya

Soal Gerak Melingkar HOTS Part 1 dan Pembahasannya

Berikut adalah contoh soal HOTS tentang gerak melingkar beserta pembahasannya:

Sebuah mobil balap bergerak melingkar pada lintasan dengan radius 200 meter. Mobil tersebut bergerak dengan kecepatan konstan 25 m/s. Setelah satu putaran penuh, mobil mulai mempercepat dengan percepatan tangensial sebesar 1.5 m/s² selama 8 detik. Hitung:

1. Kecepatan total mobil setelah 8 detik dari titik percepatan.
2. Percepatan total mobil setelah 8 detik.
3. Jarak yang ditempuh mobil dalam waktu 8 detik dari titik percepatan.
4. Jika lintasan tersebut memiliki kemiringan (banked curve) dengan sudut 15 derajat terhadap horizontal, apakah mobil dapat bergerak tanpa tergelincir? Asumsikan koefisien gesekan antara ban dan lintasan adalah 0.6.

Pembahasan:

Kecepatan total mobil setelah 8 detik dari titik percepatan:

Kecepatan tangensial awal mobil adalah v0=25 m/s. Percepatan tangensial at=1.5 m/s2a. Waktu percepatan t=8 detik. Kecepatan tangensial setelah 8 detik:

Percepatan total mobil setelah 8 detik:

Percepatan total (a) adalah kombinasi dari percepatan tangensial (a tangensial) dan percepatan sentripetal (a sentripetal​):

Jarak yang ditempuh mobil dalam waktu 8 detik dari titik percepatan:

Kita gunakan persamaan gerak lurus beraturan dengan percepatan::

Apakah mobil dapat bergerak tanpa tergelincir di lintasan miring (banked curve) dengan sudut 15 derajat dan koefisien gesekan 0.6?

Analisis kekuatan yang bekerja pada mobil di lintasan miring:

Gaya sentripetal diperlukan untuk menjaga mobil di lintasan melingkar:

Gaya normal N dan gaya gesekan f bekerja bersama untuk memberikan gaya sentripetal. Di lintasan miring, komponen-komponen gaya tersebut adalah:

Gaya gesekan maksimum fmax=μNf = fmax​=0.6⋅N

Untuk mencegah tergelincir:

Komponen gaya normal dan gaya gesekan yang bekerja sebagai gaya sentripetal dapat dihitung lebih detail, namun secara intuitif kita dapat menganalisis apakah gaya total cukup untuk memberikan percepatan sentripetal yang dibutuhkan:

Dengan θ=15∘, μ=0.6, vt=37 m/s dan r=200 m kita dapat menghitung apakah kondisi ini memenuhi persyaratan gaya sentripetal yang dibutuhkan. Hal ini melibatkan analisis gaya lebih dalam, namun kita bisa simpulkan bahwa:

Dengan kemiringan 15 derajat dan koefisien gesekan 0.6, mobil seharusnya dapat bergerak tanpa tergelincir karena komponen normal dan gesekan cukup untuk menahan gaya sentripetal. Namun, untuk kepastian, perhitungan lebih detail dapat dilakukan.

Keterangan Gambar Ilustrasi:

Gambar ilustrasi ini menggambarkan sebuah mobil balap yang bergerak di lintasan melingkar dengan radius 200 meter. Pada titik A, mobil mulai mempercepat dengan percepatan tangensial 1.5 m/s². Setelah 8 detik, mobil berada di titik B.

1. Lingkaran dengan radius 200 meter menunjukkan lintasan melingkar.
2. Mobil di titik A dengan kecepatan awal 25 m/s.
3. Mobil di titik B setelah 8 detik dengan kecepatan tangensial 37 m/s.
4. Panah v0 di titik A menunjukkan kecepatan awal.
5. Panah vt di titik B menunjukkan kecepatan setelah 8 detik.
6. Garis dari A ke B menunjukkan jarak yang ditempuh, yaitu 248 meter.
7. Lintasan miring dengan sudut 15 derajat terhadap horizontal.