Arco-Íris

O arco-íris é um arco composto por 7 cores e ocorre graças a refração da luz solar por gotículas de água.

A imagem acima mostra um raio de luz branca se decompondo em diversas cores pela refração em um prisma. 

A luz do sol é branca, e a luz branca é composta por diferentes cores. 

Como essas diferentes cores possuem frequências de onda diferentes, cada uma delas vai possuir um ângulo de refração diferente.

Podemos observar esse efeito físico incidindo a luz branca em um prisma. Assim, como cada cor refrata com um ângulo diferente, veremos as cores vermelha, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta saindo do prisma de forma separada.

Para lembrar de forma fácil todas as cores, podemos usar a frase vermelho lá vai violeta, na qual temos a cor vermelha, o l de laranja, o a de amarelo, o v de verde, o a de azul, o i de índigo e o violeta.

A luz branca atinge uma superfície, causando a refração. Assim, ela é dividida nas 7 cores do arco-íris (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta) como já vimos. 

Vamos introduzir o conceito de índice de refração. O índice de refração é dado pela seguinte fórmula:

\(n = \frac{c}{v}\)

Onde n é o índice de refração, c é a velocidade da luz no vácuo, e v é a velocidade da luz no meio.

No mesmo meio material, a velocidade da luz muda com a frequência: quanto maior a frequência, maior a velocidade.

Pela lei de Snell, que é dada pela seguinte fórmula:

\(n_{a}sen(\theta _{a})=n_{b}sen(\theta _{b})\)

Podemos notar que o ângulo de desvio da luz em um meio é dado pela razão dos meios. Como o índice de refração varia com a frequência, o ângulo também vai variar com a frequência, e, por isso, ocorre a decomposição das cores.

Na natureza, esse fenômeno ocorre quando temos chuva (gotículas de água) e luz solar (luz branca).

O sol sempre se encontra atrás do observador, e do lado oposto ao sol teremos o arco-íris. E para ocorrer o fenômeno, as gotículas de água vão estar entre o arco-íris e o observador. 

A imagem acima é referente a um raio de luz branca sendo refletido e refratado por uma gotícula de água.   

O arco-íris se forma com a refração e a reflexão dos raios dentro da gotícula de água. 

René Descartes (1596-1650) observou que, após duas refrações e uma reflexão, uma maior quantidade de raios de luz chega ao nosso olho em um ângulo de 40º a 42º, do que em qualquer ângulo menor, e que, em ângulos maiores, isso nem é observado. Por isso, ele toma o formato de um arco.

Quanto mais “alto” o sol, menor será o semi-círculo formado, e só não podemos ver o arco completo porque o horizonte da Terra acaba impedindo.

A imagem acima mostra a formação de um arco-íris secundário.  

Quando o arco-íris refrata duas vezes, mas reflete mais de uma vez, os raios de luz saem com outro ângulo preferencial (50º-53º) e com uma intensidade menor, formando um segundo arco-íris.

Devido a essas reflexões adicionais, as cores saem de modo oposto do arco-íris primário, indo de cima para baixo na seguinte ordem: violeta, índigo, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.

A lua é um satélite natural que não emite luz própria, mas como ela pode formar um arco-íris? Sem a luz esse processo seria impossível.

A lua reflete a luz do sol, e com isso, ela consegue formar um arco-íris com uma menor intensidade.