OBF 2025 (1ª fase, Nível III) — questão 4 de Física
Enunciado em texto
A figura mostra o diagrama de fases da água. Com este diagrama, dado um valor de temperatura e pressão , podemos saber em qual fase (sólido, líquido ou gás) a água se encontra. As linhas sólidas mostram linhas de coexistência. T é o ponto triplo da água (onde três fases coexistem). Em C termina uma linha de coexistência, por isso este ponto é chamado crítico.
Assinale a figura que apresenta um processo que apresenta uma transição gás-sólido (ressublimação) e depois uma transição sólido-líquido (fusão):
[Diagrama comum às cinco figuras: eixo vertical (atm), com as marcas 0,0060; 1,00 e 217,8; eixo horizontal (°C), com as marcas 0; 0,01; 100,0 e 374,0. Três linhas sólidas partem do ponto triplo T (0,01 °C; 0,0060 atm): uma curva que vem de baixo, à esquerda, e chega em T; uma linha quase vertical que sobe de T inclinada para a esquerda, passando pelo ponto (0 °C; 1,00 atm); e uma curva que sobe de T para a direita, passando pelo ponto (100,0 °C; 1,00 atm) e terminando no ponto crítico C (374,0 °C; 217,8 atm). As regiões não têm nome escrito. Em cada figura há uma seta vermelha indicando o processo.]
(a) [Seta vertical, para cima, em T = 0,01 °C: começa abaixo do ponto triplo, passa exatamente por T e vai até 217,8 atm.]
(b) [Seta vertical, para cima, em T = 0 °C: começa abaixo da curva que chega em T vinda da esquerda, cruza essa curva, depois cruza a linha quase vertical no ponto (0 °C; 1,00 atm) e vai até 217,8 atm.]
(c) [Seta vertical, para cima, em T = 100,0 °C: começa em pressão baixa, cruza a curva que vai de T a C no ponto (100,0 °C; 1,00 atm) e vai até 217,8 atm.]
(d) [Seta horizontal, para a direita, em P = 1,00 atm: começa à esquerda da linha quase vertical, cruza essa linha em 0 °C, cruza a curva T–C em 100,0 °C e termina depois de 374,0 °C.]
(e) [Seta horizontal, para a direita, numa pressão um pouco acima de 217,8 atm: começa à esquerda da linha quase vertical, cruza essa linha e segue, passando acima do ponto crítico C, até depois de 374,0 °C.]
(Enunciado e figura: Olimpíada Brasileira de Física 2025, 1ª fase, Nível III — SBF.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Sociedade Brasileira de Física (SBF), Olimpíada Brasileira de Física.
Resolução comentada
O que a questão pede: qual seta sai da região do gás, entra na do sólido e depois passa para a do líquido.
Passo 1 — dar nome às regiões. No diagrama de fases da água:
• à esquerda da linha quase vertical (temperatura baixa e pressão não muito baixa) fica o sólido (gelo);
• entre a linha quase vertical e a curva T–C fica o líquido;
• abaixo da curva que chega em T vinda da esquerda e abaixo da curva T–C (pressão baixa) fica o gás (vapor).
Cada linha é uma fronteira: a de baixo, à esquerda, é sólido–gás; a quase vertical é sólido–líquido; a T–C é líquido–gás.
Passo 2 — o caminho pedido. Gás → sólido → líquido. Começando no gás, a seta tem que cruzar primeiro a fronteira sólido–gás (curva de baixo, à esquerda de T) e depois a fronteira sólido–líquido (linha quase vertical).
Passo 3 — testar a (B). A seta está em 0 °C, um pouco à esquerda do ponto triplo. Começa embaixo, no gás. Subindo (aumentando a pressão), cruza a curva sólido–gás: o vapor vira gelo (ressublimação). Subindo mais, cruza a linha sólido–líquido em 1,00 atm: o gelo derrete (fusão). Exatamente o pedido. É o que acontece com gelo a 0 °C: sob 1 atm ele está justamente no ponto de fusão.
Por que não as outras:
(A): a seta passa exatamente pelo ponto triplo e vai direto do gás para o líquido, sem atravessar a região do sólido.
(C): a 100 °C a seta só cruza a fronteira líquido–gás: é uma condensação (gás → líquido), sem sólido.
(D): a 1 atm, aquecendo, é o caminho do dia a dia: gelo derrete em 0 °C e a água ferve em 100 °C (sólido → líquido → gás). É a ordem contrária da pedida, e começa no sólido.
(E): começa no sólido e só tem a fusão; como passa acima do ponto crítico, depois não há mais uma fronteira nítida entre líquido e gás.
⚠️ A armadilha: marcar (A) achando que a seta “passa pelo sólido” por encostar no ponto triplo. No ponto triplo as três fases só se encontram num ponto; a seta não atravessa a região do gelo.
A ideia em uma frase: no diagrama de fases, cada linha cruzada é uma mudança de estado; para gás → sólido → líquido, a seta tem que subir passando à esquerda do ponto triplo.
Resposta: alternativa B (compressão a 0 °C: gás → sólido → líquido).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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