2- Por que o gelo boia se ele é feito de água no estado sólido?
Passo 1
O enunciado pergunta por que o gelo (água no estado sólido) flutua sobre a água líquida; o conteúdo é densidade e princípio de Arquimedes, e vamos precisar entender como a estrutura do gelo afeta sua densidade.
Passo 2
Para ver se algo flutua, comparamos a densidade do objeto (ρ_obj) com a densidade do fluido (ρ_flúido). Se ρ_obj < ρ_flúido, o objeto desloca volume de fluido cujo peso é maior que seu próprio peso, gerando força de empuxo suficiente para fazê-lo flutuar.
Passo 3
Na água líquida, as moléculas têm ligações de hidrogênio flexíveis, permitindo que elas se aproximem mais umas das outras. No gelo, as ligações de hidrogênio formam uma rede cristalina mais aberta, criando espaços vazios entre moléculas.
Essa rede cristalina mais espaçada faz com que o gelo tenha menor massa por unidade de volume do que a água líquida. Em outras palavras, a densidade do gelo é menor do que a densidade da água líquida.
Essa rede cristalina mais espaçada faz com que o gelo tenha menor massa por unidade de volume do que a água líquida. Em outras palavras, a densidade do gelo é menor do que a densidade da água líquida.
Passo 4
Como a densidade do gelo é menor, o empuxo (força vertical para cima) que a água exerce sobre o gelo é maior do que o peso do gelo. Pelo princípio de Arquimedes, o gelo, portanto, flutua sobre a água líquida.
Resposta
O gelo flutua porque sua estrutura cristalina aberta (devido às ligações de hidrogênio) torna sua densidade menor do que a da água líquida, e assim o empuxo supera o peso do gelo, fazendo-o boiar.