Em uma noite com três quebras de recordes mundiais, a atração da natação no domingo ficou por conta de Michael Phelps, que estreou nos Jogos participando do revezamento 4x100m livre dos Estados Unidos que conquistou o ouro na prova. Os brasileiros João Gomes Júnior e Felipe França, que eram esperança de pódio no 100m peito, não conseguiram ficar entre os três primeiros.
A primeira prova já deu o tom de como seria a noite. A sueca Sarah Sjostrom bateu a própria marca ao cravar 55s48 no 100m borboleta, quebrando o recorde mundial. Foi a primeira medalha olímpica da consagrada nadadora, que ficou na quarta posição na mesma prova em Londres.
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Depois de algumas provas sem brasileiros, veio a aguardada final do 100m peito, com participação de João Gomes Júnior e Felipe França. O público irrompeu em gritos de "Brasil! Brasil!" quando os donos da casa foram apresentados, mas a dupla não conseguiu lugar no pódio. João terminou em quinto e Felipe em sétimo.
Já o britânico Adam Peaty parece ter gostado da atmosfera barulhenta. Ele fez 57s13, melhorando a marca de 57s55 e batendo, pela segunda vez nestes Jogos, o recorde mundial para ganhar o ouro.
A terceira marca histórica da noite viria com a americana Katie Ledecky, que pulverizou o recorde mundial do 400m livre ao bater com 3min56s46, quase dois segundos abaixo do tempo anterior.
Nas semifinais do 100m costas, o brasileiro Guilherme Guido não conseguiu um lugar na decisão. Guido fez o 14o tempo.
O encerramento da noite foi o momento mais esperado: o revezamento 4x100m livre, com participação de Michael Phelps. Segundo a cair na água, a lenda conquistou sua 23a medalha em Olimpíadas e os EUA levaram o ouro, com 3min9s92. O Brasil terminou na quinta colocação.