O arco-íris

O arco-íris sempre me fascinou. Não, não acredito nas lendas que falam do tesouro no final do arco-íris. Fascina-me pela sua beleza, acho uma maravilha ver chover com sol, o céu fica muito negro e o céu fica colorido.
Fui investigar um pouco a formação do arco-íris, e acho que a natureza é mesmo impressionante. Eis o resultado da minha investigação:

Um arco-íris é um fenómeno óptico e meteorológico que separa a luz do sol em espectro (aproximadamente) contínuo quando o sol brilha sobre as gotas da chuva. É um arco multicor com o vermelho no seu exterior e o violeta no interior; a sequência completa é vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil (ou indigo) e violeta.
Para ajudar a lembrar a sequência de cores do arco-íris, usa-se a mnemónica: «Vermelho lá vai violeta», em que l,a,v,a,i representam a sequência laranja, amarelo, verde, azul, indigo.
O efeito do arco-íris pode ser observado sempre que existirem gotas de água no ar e a luz do sol estiver a brilhar acima do observador numa altitude. O mais espectacular arco-íris aparece quando metade do céu ainda está escuro com nuvens de chuva e o observador está num local com céu claro. Outro local comum para vermos o arco-íris é perto das quedas de água.

A formação do arco-íris, fisicamente falando

A aparência do arco-íris é causada pela dispersão (fenómeno que causa a separação de uma onda em várias componentes espectrais) da luz do sol que sofre refracção (é a mudança de velocidade de uma onda devido a uma mudança de meio de propagação) pelas (aproximadamente esféricas) gotas de chuva. A luz sofre uma refracção inicial quando penetra na superfície da gota de chuva, dentro da gota ela é reflectida e sofre nova refracção ao sair da gota. O efeito final é que a luz que entra é reflectida numa grande variedade de ângulos, com a luz mais intensa a um ângulo de cerca de 40°–42°, independente do tamanho da gota. Desde que a água das gotas de chuva é dispersiva, a grau que a luz solar retorna depende do comprimento de onda (cor). A luz azul retorna num ângulo maior que a luz vermelha, mas devido à reflexão interna total da luz na gota de chuva, a luz vermelha aparece mais alta no céu, e forma a cor mais externa do arco-íris.
Os raios de luz entram numa direcção (tipicamente uma linha fina do sol até a gota de chuva), reflecte no interior da gota, e sai da mesma. A luz deixa o arco-íris é espalhada num grande ângulo, com a intensidade máxima de cerca de 40°–42°.


A luz branca separa-se em diferentes cores (comprimentos de onda) ao entrar numa gota de chuva, como a luz vermelha sendo refractada por um ângulo menor que a luz azul. Ao sair da gota de chuva, os raios vermelhos são retornados por um ângulo menor que os raios azuis, produzindo o arco-íris.

O arco-íris não existe realmente como sendo um local do céu, mas é uma ilusão de óptica cuja posição aparente depende da posição quem o observa. Todas as gotas de chuva refractam e reflectem a luz do sol da mesma forma, mas somente a luz de algumas delas chega até o olho do observador. Estas gotas são percebidas como o arco-íris para aquele observador. A sua posição é sempre na direcção oposta do sol com relação ao observador, e o interior é uma imagem aumentada do sol, que aparece ligeiramente menos brilhante que o exterior. O arco é centralizado com a sombra do observador, aparecendo num ângulo de aproximadamente 40°–42° com a linha entre a cabeça do observador e sua sombra (Isto significa que se o sol está mais alto que 42° o arco-íris está abaixo do horizonte e o arco-íris não pode ser visto a menos que o observador esteja no topo de uma montanha ou noutro lugar de altura similar.

Podemos ver arco-íris de diferentes tamanhos porque, para estimar a sua largura, o nosso cérebro só tem como informação a dimensão do ângulo de visão que lhe corresponde. Se perto da imagem dele existirem objectos longínquos, como montanhas, o arco-íris parecerá maior. Se o arco-íris estiver perto de objectos menos distantes, parecerá menor. É fundamentalmente a mesma ilusão que faz com que a Lua, o Sol ou as constelações pareçam maiores quando estão perto do horizonte.

Algumas vezes, um segundo arco-íris mais fraco é visto fora do arco-íris principal, isto acontece devido a uma dupla reflexão da luz do sol nas gotas de chuva, e aparece num ângulo de 50°–53°. Devido à reflexão extra, as cores do arco são invertidas quando comparadas com o arco-íris principal, com o azul no lado externo e o vermelho no interno. De um aeroplano é possível ter a oportunidade de ver o círculo completo do arco-íris, com a sombra do avião ao centro.

Um triplo arco-íris é ainda mais raro de se ver. Uns poucos observadores já relataram a visão de quatro arcos, quando o arco mais externo tem uma aparência pulsante e vibrante.
A primeira explicação teórica precisa do arco-íris foi feita por Descartes em 1637. Sabendo que o tamanho das gotas de chuva não pareciam afectar o arco-íris observado, ele fez uma experiência incidindo raios de luz através de uma grande esfera de vidro cheia de água. Ao medir os ângulos que os raios emergiam, concluiu que o 1º arco era causado por uma única reflexão interna dentro da gota de chuva e que o segundo arco podia ser causado por duas reflexões internas. Foi capaz de chegar aos seus resultados a partir da lei de refracção e calculou correctamente os ângulos de ambos os arcos, mas não foi capaz de explicar as cores.
Isaac Newton foi o primeiro a demonstrar que a luz branca era composta da luz de todas as cores do arco-íris, com um prisma de vidro pode decompor a luz branca no espectro completo de cores, e com outro pode recombinar o feixe de luz em luz branca. Ele também demonstrou que a luz vermelha é refractada menos que a azul o que levou a uma completa explicação do efeito óptico do arco-íris.
In Wikipédia