Análise dos testes MAP2 de 2023 (Maio e Junho) e 2025 e dos tópicos confirmados pelo professor: Dinâmica Rotacional · Teorema Impulso-Momento Rotacional · Lagrange · Regime Forçado. O padrão repete-se de ano para ano — abaixo estão os moldes por tópico, com receitas de resolução e questões de prática.
Estrutura do Teste (o molde que se repete)
Tópico
MAP2 2023 (Maio)
MAP2 2023 (Junho)
MAP2 2025
Probabilidade
Placa retangular / oscilador de torção
✅ I.1
—
✅ I.1
Quase certo
Impulso-Momento Linear (motocicleta / atrito)
✅ I.2
—
—
Provável
Centro de Massa (barca + objeto)
—
—
✅ I.2
Provável
Engrenagem / Relação de transmissão
—
✅ I.1
—
Moderado
Conservação L angular + órbita
—
✅ I.2
—
Moderado
Fator de qualidade Q / Largura de banda
✅ II.1
—
—
Provável
Lagrange (massa-mola)
—
✅ II.1
✅ II.1
Quase certo
Regime Forçado (ζ, r, ωm, X)
—
—
✅ II.2
Quase certo
Oscilação amortecida (decaimento, b, vel. term.)
—
✅ II.2–II.3
—
Provável
Interferência de ondas sonoras
✅ II.2
—
—
Baixo
Quase garantido no teu teste
A placa retangular com barra de torção apareceu em 2023 E 2025 com enunciado IDÊNTICO (k=1.5 N·m/rad, m=10 kg, a=0.2 m, b=0.3 m → T=1.69 s). Sabe de cor.
O Lagrange da massa-mola apareceu em 2023 (Junho) e 2025. Espera também este ano.
O Regime Forçado (ω0, ζ, r, X) foi pedido em 2025 com valores concretos — alta probabilidade de repetir.
Estratégia global de tempo
Tópicos I (rotação + impulso) são mecânicos → garante-os primeiro. Lagrange e Regime Forçado pedem mais desenvolvimento → deixa tempo suficiente. Faz pelo menos 1 teste anterior cronometrado.
Coeficiente de restituição: e=∣v1′−v2′∣/∣v1−v2∣ — (e=1 elástica, e=0 perfeitamente plástica)
Pêndulo balístico: mv1=(m+M)vf → depois energia: vf2/(2g)=h
Regra das colisões
Em colisões instantâneas, as forças externas não impulsivas (gravidade, mola) são desprezáveis durante o impacto → conservação do momento linear.
Nunca aplicar trabalho-energia durante o impacto — só antes e depois.
Momento Angular e Teorema Impulso-Momento Rotacional
Conservação do momento angular (se τext=0): L=constante
Exemplo: Roda sobre Obstáculo
Durante o impacto, a roda pivota sobre a aresta A — sem escorregamento → conservação de L em torno de A:
(HA)1=(HA)2r′m(vG)1+IGω1=rm(vG)2+IGω2
Depois, usa conservação de energia para subir o degrau:
21IAω22=mg⋅h
Exemplo: Carrossel
Estudante caminha do rim (R) para raio r:
Iiωi=Ifωf(21MR2+mR2)ωi=(21MR2+mr2)ωf
Nota: a energia cinética aumenta — o trabalho vem dos músculos do estudante.
Receita B — Impulso-Momento Linear (Motocicleta / Atrito)
Tipo de enunciado
“Uma força de atrito age sobre um veículo durante Δt segundos. Calcule o impulso e a velocidade resultante.”
Passos
Calcular a força de atrito: Fat=μkFN
Calcular o impulso: I=Fat⋅Δt
Aplicar Teorema Impulso-Momento: I=Δp=mvf−mvi
Resolver para vf=mI+vi
Exemplo (2023/2024): μk=0.8, FN=1100 N, M=210 kg, Δt=5 s
Impulso da roda: Iroda=0.8×1100×5=4400N⋅s
Para a velocidade da mota (usa peso total no impulso de propulsão):
Ix=μk×Mg×Δt=0.8×2061×5=8244N⋅s
v=8244/210=39.3m/s≈141km/h
Receita C — Centro de Massa Fixo (Barca + Carro)
Tipo de enunciado
“Um carro move-se sobre uma barca (sem atrito com a água). Determine o deslocamento da barca.”
Passos
Reconhecer: sem forças externas horizontais → CM do sistema permanece fixo
Escrever: mΔxcarrosolo+MΔxbarcasolo=0
Relacionar com o deslocamento relativo (carro percorre L sobre a barca):
Δxcarrosolo=−L+d(d=deslocamento da barca)
Substituir e resolver:
m(−L+d)+Md=0⇒d=m+MmL
Exemplo (2025): m=1500 kg, M=10000 kg, L=20 m
d=1500+100001500×20=1150030000≈2.61m
Tópico 3 — Mecânica de Lagrange
O que é
Reformulação da mecânica que usa coordenadas generalizadas em vez de forças. Mais poderosa para sistemas com vínculos (constraints).
Conceitos fundamentais
Graus de liberdade (g.l.):g.l.=n−m (n = nº coords, m = nº vínculos)
Princípio de Hamilton: a trajetória real é aquela que extremiza a ação S.
Equação de Euler-Lagrange
dtd(∂q˙i∂L)−∂qi∂L=0Uma equação por cada grau de liberdade.
Momento generalizado e Hamiltoniano
pi=∂q˙i∂LH=∑ipiq˙i−L=E
Receita D — Lagrange (Massa-Mola Vertical ou Pêndulo)
Tipo de enunciado
“Determine o Lagrangiano e a equação de movimento por Euler-Lagrange. Qual a frequência natural?”
Passos
Escolher coordenada generalizada q (ex: x = deslocamento desde equilíbrio, θ = ângulo)
Escrever K em função de q˙
Escrever U em função de q(medir desde equilíbrio elimina a gravidade automaticamente)
Calcular L=K−U
Aplicar EL: dtd(∂q˙∂L)−∂q∂L=0
Extrair ωn da equação resultante (q¨+ωn2q=0)
Massa-mola 1D
L=21mx˙2−21kx2
EL: mx¨+kx=0 ✓
Pêndulo simples (coord. θ, comprimento L)
K=21mL2θ˙2, U=−mgLcosθ
L=21mL2θ˙2+mgLcosθ
EL: θ¨+Lgsinθ=0
Pequenas oscilações: ω0=g/L, T=2πL/g
Berlinde numa taça esférica (raio R, berlinde raio r)
Com vínculo de rolamento e I=52mr2:
ω=7(R−r)5g,T=2π5g7(R−r)
Massa-mola vertical (2025)
q=x desde equilíbrio: K=21mx˙2, U=21kx2
L=21mx˙2−21kx2
EL: mx¨+kx=0⇒ωn=k/m,T=2πm/k
Armadilha — coordenada desde posição natural da mola
Se medir x desde a posição natural (não desde equilíbrio), aparecem termos mgx em U. Nesse caso U=21kx2−mgx e a EL ainda dá mx¨+kx=mg → equilíbrio em x=mg/k, mas ωn é o mesmo. Mais fácil: medir sempre desde o equilíbrio.
Tópico 4 — Regime Forçado
Oscilações amortecidas (sem forçamento)
mx¨+bx˙+kx=0
Com ω0=k/m e γ=b/m:
Regime
Condição
Solução
Sub-amortecido
γ<2ω0
x=Ae−γt/2cos(ω′t+φ)
Criticamente amortecido
γ=2ω0
x=(A+Bt)e−γt/2
Super-amortecido
γ>2ω0
x=A1e−α1t+A2e−α2t
ω′=ω02−γ2/4(ω′<ω0)bc=2km(amortecimento crıˊtico — retorno mais raˊpido sem oscilar)
Energia e fator de qualidade Q
E(t)=E0e−γt,τ=γ1=bmQ=ω0τ=γω0=bω0m
Q grande → oscilações duram muito, pouca dissipação
ωm=ω02−2m2b2(ressonaˆncia em amplitude)
Ressonância em velocidade/potência ocorre sempre em ω=ω0, independentemente do amortecimento.
Frequência
Fase θ
Amplitude
Controla
ω≪ω0
≈ 0°
f0/k
Mola
ω=ω0
−90°
f0/(bω0)
Amortecimento
ω≫ω0
−180°
f0/(mω2)
Massa
Impedância mecânica e potência média
Z=b+i(mω−ωk)v0=b2+(mω−k/ω)2f0(maˊxima em ω=ω0)Pavg=2mf02⋅(ω02−ω2)2+(2λω)22ω2λ,λ=2mb
Largura a meia potência: 2Δω1/2=γ=1/τQ=2Δω1/2ω0=largura de bandafrequeˆncia ressonante
Receita E — Regime Forçado (ω0, ζ, r, ωm, X)
Tipo de enunciado
“Dado m, b, k e F(t)=f0cos(ωt): calcule ω0, δst, ζ, r. Determine ωm e a amplitude estacionária X(ω).”
ω0=10000/2=70.7rad/sδst=500/10000=0.05mζ=200/(210000×2)=200/282.8=0.707ω=2π×0.5=πrad/s;r=π/70.7=0.044ζ=0.707⇒2ζ2=1⇒sem pico de ressonância (ωm não existe)
Q=10/(2×2)=2.5→ ressonaˆncia ampla (dissipa muito por ciclo)
Para ΔE=100 J: E=(2.5×100)/(2π)=39.8J
Para Q=100: ω0=2×2×100=400rad/s
Receita G — Oscilação Amortecida (b e Decaimento de Amplitude)
Tipo de enunciado
“Qual é b dada a velocidade terminal? Em que instante t1 a amplitude cai para metade?”
Passos
Velocidade terminal → b: aceleração nula em vt: mg−bvt=0⇒b=mg/vt
Decaimento de amplitude (A(t)=A0e−γt/2, com γ=b/m):
A0A(t1)=e−γt1/2⇒t1=γ2ln(A0/A1)
Exemplo (2023 Junho): m=3 kg, vt=25 m/s, A0=20 cm → A1=10 cm
b=3×9.8/25=1.176kg/s; γ=1.176/3=0.392s−1
t1=2ln(20/10)/0.392=2ln2/0.392=3.6s
Questões de Prática
Como usar
Tenta resolver cada questão antes de ver a solução. Escreve os passos no papel — simula o teste.
P1 — Oscilador de Torção (variação da placa recorrente)
Enunciado
Uma vara fina de massa M=5 kg e comprimento L=0.6 m está suspensa no seu ponto médio por uma mola de torção k=2 N·m/rad. O eixo de rotação é perpendicular à vara.
(a) Qual é o momento de inércia em relação ao eixo de suspensão?
(b) Determine ωn e T.
(c) Se deslocada de θ0=5° e solta em repouso, escreve θ(t).
Resolução passo-a-passo
(a) Vara, eixo no centro, ⊥:
I=121ML2=125×0.36=0.15kg⋅m2
(b)ωn=2/0.15=3.65rad/sT=2π/3.65=1.72s
(c)θ0=5°=0.0873radθ(t)=0.0873cos(3.65t)rad
P2 — Centro de Massa (variação da barca)
Enunciado
Uma pessoa de 70 kg está numa canoa de 130 kg que repousa em água parada (sem atrito). A canoa tem 4 m de comprimento. A pessoa caminha do fundo para a proa (percorre 4 m relativamente à canoa).
(a) Qual é o deslocamento da canoa em relação à água?
(b) Qual é o deslocamento da pessoa em relação à água?
(b)Δxpessoasolo=−4+1.4=−2.6m(para a frente, 2.6 m em relac¸a˜o aˋaˊgua)
P3 — Lagrange: Pêndulo Simples
Enunciado
Pêndulo de comprimento L=0.5 m, massa m=0.3 kg, oscilações pequenas.
(a) Escreve L com coordenada generalizada θ.
(b) Aplica EL e obtém a equação de movimento.
(c) ω0, T, e momento generalizado conjugado a θ?
Resolução passo-a-passo
(a)K=21mL2θ˙2; U=−mgLcosθL=21mL2θ˙2+mgLcosθ
(b)dtd(mL2θ˙)+mgLsinθ=0
Pequenas oscilações (sinθ≈θ): θ¨+Lgθ=0
(c)ω0=9.8/0.5=4.43rad/sT=1.42spθ=∂L/∂θ˙=mL2θ˙ = momento angular em relação ao pivô
P4 — Regime Forçado Completo
Enunciado
Sistema: m=1 kg, k=100 N/m, b=4 N·s/m, F(t)=20cos(ωt) N.
(a) Calcula ω0, ζ, e bc.
(b) Existe pico de ressonância em amplitude? Calcula ωm se existir.
(c) Para ω=ω0, qual é a amplitude X e a fase θ?
(d) Para ω=2 rad/s, calcula X usando a fórmula completa.
P6 — Amortecimento: Velocidade Terminal + Tempo de Decaimento
Enunciado
Esfera de m=2 kg, força resistiva F=−bx˙, velocidade terminal vt=40 m/s.
(a) Qual é b?
(b) A esfera está presa a mola k=80 N/m, amplitude inicial 15 cm. Após quanto tempo a amplitude é 5 cm?
(c) O sistema é sub ou super-amortecido?
Testes anteriores: Teste_e_Exames_de_MO_e_EO.pdf na raiz da pasta MO.
Exercícios adicionais: Exercícios Adicionais / Semana X / (S4, S5, S6, S8, S9, S10).
Resumo MO MAP2 — exercícios práticos S4–S6 com resoluções completas.
Rever em particular: track car e taco de golfe (problemas adicionais S4–S6).
Notas relacionadas (Dataview)
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