Questão 54 do ENEM PPL 2015

Question

Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum a formação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas águas oceânicas. Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa durante a flutuação corresponde a aproximadamente 10% do seu volume total. Um estudante resolveu simular essa situação introduzindo um bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, observando a variação de seu nível desde o instante de introdução até o completo derretimento do bloquinho.

Com base nessa simulação, verifica-se que o nível da água no recipiente

A
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível subirá ainda mais.
B
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível descerá, voltando ao seu valor inicial.
C
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível permanecerá sem alteração.
D
não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, após seu derretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 10% no volume de água.
E
subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do bloquinho de gelo e, após seu derretimento, o nível descerá apenas 10% do valor inicial.

Answer 1

Questão 54 do ENEM PPL 2015

1º dia · Ciências da Natureza

Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum a formação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas águas oceânicas. Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa durante a flutuação corresponde a aproximadamente 10% do seu volume total. Um estudante resolveu simular essa situação introduzindo um bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, observando a variação de seu nível desde o instante de introdução até o completo derretimento do bloquinho.

Com base nessa simulação, verifica-se que o nível da água no recipiente

A
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível subirá ainda mais.
B
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível descerá, voltando ao seu valor inicial.
C
subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento total do gelo, esse nível permanecerá sem alteração.
D
não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, após seu derretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 10% no volume de água.
E
subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do bloquinho de gelo e, após seu derretimento, o nível descerá apenas 10% do valor inicial.

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Resolução comentada

Quando o gelo flutua, ele desloca um volume de água cujo peso é igual ao peso do bloquinho (empuxo = peso). Isso vale para o gelo em equilíbrio.

Ao colocar o bloquinho na água, a parte submersa (cerca de 90% do volume) empurra a água para cima. O nível sobe.
O volume de água deslocado tem massa igual à massa do gelo: m_{\text{água deslocada}} = m_{\text{gelo}}.
Ao derreter, o gelo vira água com a mesma massa m_{\text{gelo}}. Essa água ocupa um volume V = \dfrac{m_{\text{gelo}}}{d_{\text{água}}}, exatamente igual ao volume que o gelo deslocava enquanto flutuava.
A água formada ocupa, portanto, o espaço que o gelo submerso já ocupava. Nada é acrescentado além disso, e o nível não muda.

Os 10% emersos não alteram o resultado: o gelo é menos denso que a água, e o volume submerso é o de água com a mesma massa do bloco. Por isso o nível sobe na introdução e permanece igual após o derretimento total.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa D engana ao usar os 10% emersos como se fossem volume extra de água após o derretimento.

Por que as outras alternativas estão erradas

Aacha que o derretimento acrescenta volume, mas a água formada só preenche o volume já deslocado pelo gelo.
Bo nível não volta ao valor inicial, pois a massa do gelo continua dentro do recipiente, agora como água.
Do nível sobe na introdução, pois o gelo submerso desloca água, e o derretimento não aumenta 10% do volume.
Econfunde a fração submersa do gelo com a variação percentual do nível, sem base física.

Assuntos: empuxo, densidade, hidrostática.

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Questão 54 no caderno Branco do ENEM PPL 2015

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