Explique por que os lagos congelam primeiro na superfície. Explique também o que faz com que os canos estourem no inverno?

Passo 1

O enunciado pede duas explicações de fenômenos térmicos no inverno: por que os lagos congelam primeiro na superfície e por que os canos de água podem estourar quando a temperatura cai. Vamos usar conceitos de densidade da água, condução de calor e expansão volumétrica durante a mudança de fase.

Passo 2

A água apresenta anomalia de densidade: ela atinge densidade máxima a cerca de 4^circ C. Acima desse valor, a água fica menos densa ao aquecer (como a maioria dos fluidos), e abaixo desse valor também se torna menos densa ao esfriar. Por isso, quando a temperatura do lago cai, a camada de água mais fria ( <4^circ C) tende a permanecer na superfície, enquanto a água a 4^circ C afunda.

Passo 3

Com a superfície ficando mais fria, o calor escapa para o ar externo primeiro nas camadas superiores. Quando a temperatura da superfície atinge 0^circ C, a água congela ali antes de congelar nas regiões mais profundas. O gelo resultante forma uma “tampa” isolante que reduz a troca de calor entre a coluna de água abaixo e o ar gelado, retardando o congelamento das camadas inferiores.

Passo 4

A mudança de fase de água para gelo provoca expansão volumétrica de cerca de 9%. Se a água confina-se dentro de um cano, ao congelar ela cria pressão interna muito acima da resistência do material do cano. Como o gelo não se acomoda no mesmo espaço, essa pressão faz o cano rachar ou estourar, especialmente em trechos mal isolados.

Resposta

  1. Lagos congelam primeiro na superfície porque a água fria (abaixo de 4^circ C) fica menos densa e permanece no topo, e o gelo que se forma ali funciona como isolante térmico.
  2. Canos estouram no inverno porque a água, ao congelar, expande seu volume em cerca de 9%, gerando pressão interna que supera a resistência do material do cano.

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