FMJ 2024 — questão 54 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o que acontece com a massa e com o volume de uma porção de água quando ela congela.

Passo 1 — a massa. Mudar de estado físico não cria nem destrói matéria: as mesmas moléculas de água que estavam no líquido estão agora no sólido. A massa permanece constante. Isso já elimina (A), (C) e (E).

Passo 2 — o volume. Massa específica é massa dividida por volume:

$$\mu = \frac{m}{V} \;\Rightarrow\; V = \frac{m}{\mu}$$

Com a mesma massa, o volume é inversamente proporcional à massa específica. O gelo tem massa específica menor (por isso flutua), então ocupa um volume maior.

Conferindo com números: 900 g de água líquida ($\mu \approx 1{,}0$ g/cm³) ocupam cerca de 900 cm³; congelados ($\mu \approx 0{,}9$ g/cm³), ocupam cerca de 1 000 cm³. É por isso que garrafa cheia de água estoura no congelador.

⚠️ A armadilha: a alternativa B, pensando que o sólido é sempre “mais compacto” que o líquido. Para a maioria das substâncias é assim, mas a água é uma exceção: no gelo, as moléculas se organizam numa estrutura cheia de espaços vazios. E o próprio enunciado já entrega isso: o gelo flutua.

A ideia em uma frase: ao congelar, a água mantém a massa e, como fica menos densa, aumenta de volume.

Resposta: alternativa D.