Latihan Soal HOTS Materi Usaha dan Energi

Gambar di atas mengilustrasikan seorang perawat sebuah rumah sakit sedang mendorong pasiennya yang lumpuh akibat kecelakaan menggunakan kursi roda. Kursi roda tersebut didorong di atas lantai yang licin dengan gaya F sehingga berjalan dengan selang waktu t. Tabel berikut ini berisi data-data tentang massa (m), gaya dorong (F), dan waktu (t).
Berdasarkan data tabel di atas, maka urutan data yang menghasilkan usaha mulai dari terbesar adalah….

• A.    (1)-(2)-(3)-(4)

• B.    (1)-(3)-(4)-(2)

• C.    (2)-(4)-(3)-(1)

• D.    (3)-(1)-(2)-(4)

• E.    (2)-(4)-(1)-(3)

Pada hari Minggu Putri bermain di taman kota bersama ayahnya. Putri bermain ayunan tali dan meminta ayahnya untuk mengayunnya. Ayah Putri mulai mengayun tali dari posisi A. Berdasarkan gambar berikut dapat disimpulkan bahwa usaha terkecil yang mungkin dilakukan Putri Ketika bergerak bermain ayunan adalah…

• A. A-B-C-B-A, karena usaha terkecil terjadi apabila benda tidak mengalami perpindahan

• B. A-B-C, karena usaha terkecil terjadi apabila benda bergerak sampai titik tengah lintasan

• C. A-B-C-D-E, karena semakin kecil usaha semakin besar jarak lintasan

• D. A-B, karena semakin besar usaha semakin kecil jarak lintasan

• E. A-B-C-B-A, karena usaha adalah perkalian gaya dan jarak

Usain Bolt adalah seorang atlet lari kelas dunia yang lahir di Jamaika, 21 Agustus 1986 silam. Sudah sepuluh tahun berlalu tetapi rekor Bolt masih bertahan hingga saat ini. Bolt meraih delapan medali emas Olimpiade dan menyabet 11 medali emas dari Kejuaran Dunia Atletik sejak 2007 lalu. Kejuaraan terakhir yang diikuti adalah Kejuaraan Dunia di London tahun 2017 dengan catatan waktu 9.95 detikdinomor 100 meter. (Sumber: https://www.cnnindonesia.com/olahraga/)

John Wilson dari Departemen Biologi, North Carolina State University, bersama rekannya, mengamati enam ekor cheetah liar di Kgalagadi Transfrontier Park, Afrika Selatan. Untuk membantu pengamatan, Wildon menggunakan GPS dan monitor pemantau gerak. Dari pengamatan itu, Wilson menemukan bahwa cheetah dapat berlari mencapai kecepatan 120 km/jam (Sumber:https://sains.kompas.com)

Jika diketahui massa cheetah sebesar 60 kg mengejar mangsa dengan kecepatan maksimal di atas. Massa tubuh Usain Bolt adalah 94 kg. Dari data pada bacaan tersebut yang melakukan usaha paling besar adalah…

• A. Cheetah, karena cheetah memiliki energi kinetik lebih kecil dan besarnya usaha akibat gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda

• B. Cheetah, karena cheetah memiliki energi kinetik lebih besar dan besarnya usaha akibat gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda

• C. Usain, karena Usain memiliki energi kinetik lebih besar dan besarnya usaha akibat gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda

• D. Usain, karena Usain memiliki energi kinetik lebih kecil dan besarnya usaha akibat gaya berbanding terbalik dengaN perubahan energi kinetik benda

• E. Cheetah dan Usain melakukan usaha sama besar karena memiliki energi kinetik yang sama besar

Slinki pertama kali dibuat tahun 1943 oleh salah satu insinyur Angkatan Laut Amerika Richard T. James. Ia mengembangkan permainan pegas yang berbentuk spiral. Slinki dapat melakukan sejumlah trik, termasuk melakukan perjalanan menuruni anak tangga dari ujung ke ujung saat ia meregang dan membentuk kembali dirinya dengan bantuan gravitasi. Apa yang terjadi pada energi potensial slinki saat diregangkan (Stretched) dan ditekan (Compressed)?

• A. Saat slinki diregangkan atau ditekan, maka ada usaha yang dilakukan pada slinki tersebut dan tersimpan sebagai energi potensial

• B. Pada slinki diregangkan atau ditekan hanya ada usaha yang dilakukan slinki tanpa ada energi potensial

• C. Energi potensial tersimpan hanya pada saat slinki diregangkan saja

• D. Energi potensial tersimpan hanya pada saat slinki ditekan saja

• E. Tidak ada energi potensial pada slinki

Iza sedang merapikan buku-buku miliknya di gudang rumahnya. Dia memasukkan buku-buku lama ke dalam kardus kemudian dipindahkan dari lantai ke atas lemari. Berdasarkan data pada tabel berikut dapat diungkapkan bahwa…..

• A. Usaha merupakan perubahan energi kinetik, dimana energi kinetik akhir dikurangi energi kinetik awal dan usaha terbesar adalah nomor 1

• B. Usaha merupakan perubahan energi potensial, dimana energi potensial awal dikurangi dengan energi potensial akhir dan usaha terkecil adalah nomor 2

• C. Usaha merupakan perubahan energi potensial, dimana energi potensial akhir dikurangi energi potensial awal dan usaha terbesar adalah nomor 2

• D. Usaha sama dengan energi potensial dan usaha terbesar adalah nomor 2

• E. Usaha sama dengan energi kinetik dan usaha terkecil adalah nomor 1

Iza dan Eri bermain seluncuran di kolam renang. Dua luncuran air di kolam renang tersebut dibuat berbeda, namun memiliki ketinggian yang sama h seperti pada gambar di atas. Iza dan Eri memulai dari keadaan diam pada saat yang sama pada peluncuran yang berbeda dengan mengabaikan gesekan dan massa mereka berdua sama. Peluncur manakah yang memiliki kecepatan paling besar…?

• A. Iza, karena luncuranya yang lebih landai sehingga lebih berpeluang untuk lebih cepat

• B. Iza, karena jarak yang ditempuh Iza lebih panjang sehinnga lebih berpeluang untuk lebih cepat

• C. Eri, karena luncuranya lebih datar sehingga lebih berpeluang untuk lebih cepat

• D. Eri, karena lintasan dia lebih pendek sehingga dia dapat menghemat energi kinetiknya

• E. Dua-duanya memiliki kecepatan yang sama

Seorang pegawai minimarket hendak menaikkan beberapa box makanan ringan ke dalam mobil pick up menggunakan sebuah bidang miring. Pegawai tersebut merasa bahwa semakin panjang bidang miring yang digunakan, maka usaha yang ia lakukan semakin kecil. Bagaimana pendapatmu ?

• A. Setuju, memperpanjang bidang miring berpengaruh pada usaha yang dibutuhkan, karena memperkecil gaya dorong

• B. Setuju, memperpanjang bidang miring berpengaruh pada usaha yang dibutuhkan, karena memperbesar gaya dorong

• C. Tidak setuju, memperpanjang bidang miring tidak mempengaruhi besar usaha, karena hanya memperkecil gaya dorong yang dibutuhkan

• D. Tidak setuju, memperpanjang bidang miring tidak mempengaruhi besar usaha, karena hanya memperbesar gaya dorong yang dibutuhkan

• E. Semua jawaban salah

Sebuah pompa air dengan daya 750 Watt digunakan untuk menaikkan air sumur yang dalamnya mencapai 30 m. Apabila semua energi dari pompa digunakan untuk menaikkan air sedangkan energi kinetik yang didapatkan air selama geraknya diabaikan. Pernyataan berikut yang benar adalah….

• A. Debit air dalam 60 s adalah $2.5\ \frac{m^3}{s}$ . Jika debit aliran air diperbesar maka waktu yang dibutuhkan semakin singkat
  
  

• B. Debit air dalam 60 s adalah $2.5\ \frac{m^3}{s}$ . Jika debit aliran air diperkecil maka waktu yang dibutuhkan juga semakin singkat

• C. Debit air dalam 60 s adalah $2.5\ \frac{m^3}{s}$ . Jika debit aliran air diperbesar maka waktu yang dibutuhkan juga semakin lama

• D. Debit air dalam 60 s adalah $25\ \frac{m^3}{s}$ . Jika debit aliran air diperbesar maka waktu yang dibutuhkan semakin singkat

• E. Debit air dalam 60 s adalah $2.5\ \frac{m^3}{s}$ . Debit aliran air diperbesar atau diperkecil tidak berpengaruh pada waktu yang dibutuhkan

Disediakan alat dan bahan yaitu (1) mobil mainan, (2) papan luncur, (3) meteran, (4) stopwatch, (5) balok, dan (6) kayu penyangga. Dari alat dan bahan tersebut dirangkai menjadi suatu alat sederhana dan dilakukan sebuah percobaan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Menyusun alat dan bahan seperti gambar di atas

2. Menandai garis start dan finish pada papan luncur

3. Menempatkan papan luncur pada balok penyangga pada posisi A

4. Lepaskan mobil mainan dari garis start,kemudian catatlah waktu yang diperlukan untuk mencapai garis finish

5. Ulangilah sebanyak tiga kali, kemudian hitunglah waktu rata-ratanya

6. Ulangilah langkah 3 - 5 untuk papan luncur pada balok penyangga pada posisi B dan C

Berdasarkan alat dan bahan serta langkah-langkah di atas, tujuan yang tepat untuk percobaan yang direncanakan adalah…

• A. Menentukan besar energi potensial dari benda yang meluncur. Besar energi potensial yang terjadi sebanding dengan gaya yang bekerja pada mobil

• B. Membuktikan perubahan energi potensial sama dengan perubahan energi kinetik suatu benda. besarnya perubahan energi mekanik pada kelereng sama dengan perubahan energi potensial kelereng

• C. Menentukan besar energi kinetik suatu benda. besar energi kinetik yang terjaI merupakan perbandingan gaya yang bekerja pada balok dengan massa balok sendiri

• D. Menentukan besar energi kinetik dari suatu benda yang meluncur. besar energi kinetik yang terjadi merupakan perbandingan massa dan perubahan kecepatan yang dialami oleh mobil

• E. Menentukan besar energi kinetik suatu benda yang meluncur. besar energi kinetik merupakan setengah dari massa dan kuadrat perubahan kecepatan

Percobaan berikut bertujuan untuk menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi energi potensial gravitasi. Beberapa alat dan bahan yang digunakan adalah sebuah bejana, plastisin, dan tiga butir kelereng memiliki ukuran dan massa sama, yang satu memiliki massa 2 kali massa kelereng yang lain.

Langkah-langkah percobaan sebagai berikut:

1. Menjatuhkan dua buah kelerang yang sama ukuran

dan massanya ke dalam bejana yang telah diisi plastisin

2. Mengukur kedalaman bekas lekukan yang dihasilkan oleh tumbukan kedua kelereng pada permukaan plastisin.

3. Jatuhkan kedua kelereng tadi, namun dari ketinggian yang berbeda (ketinggian kelereng yang satu sama dengan dua kali ketinggian kelereng lainnya)

4. Mengukur kedalaman bekas lekukan yang dihasilkan oleh tumbukan kedua benda pada permukaan plastisin

5. .....................................…………………………..

Langkah kelima yang sesuai adalah…

• A. Menjatuhkan kelereng dengan ketinggian h

  dari lantai

• B. Menghitung waktu tempuh bola hingga ke plastisin dan menghitung kecepatanya

• C. Mengulangi beberapa kali langkah 1 sampai 4, masukan data waktu tempuh, ketinggian, dan kecepatan kelereng

• D. Mengulangi langkah kerja 1 sampai 4 namun menggunakan dua buah kelereng yang berbeda massanya (satu kecil satu besar)

• E. Melakukan pengukuran kecepatan dan menghitung energi potensial benda ketika hampir menyentuh plastisin