O arco-íris é um fenômeno óptico que separa a luz solar em seu espectro contínuo a medida que ela reflete sobre gotículas de água na atmosfera, formando um espectro de luzes ou cores.
Um arco-íris forma um arco multicolorido com o vermelho no seu exterior e violeta em seu interior. Trata-se de um espectro de dispersão da luz branca, o que contém uma infinidade de cores sem qualquer delimitação entre elas.
No entanto, devido a capacidade finita de distinção de cores pela visão humana, o arco-íris é resumido em sete cores visíveis: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
A simplificação das cores do arco-íris foi proposta pela primeira vez pelo físico inglês Isaac Newton. Ele admitiu ter visto apenas cinco e adicionou mais duas para fazer analogia com as sete notas musicais.
Como ocorre a formação do arco-íris
O fenômeno do arco-íris pode ser reproduzido em outras situações por meio da refração de luz em um prisma de vidro. Todos os meios materiais capazes de propagar luz (transparentes e translúcidos) apresentam um determinado índice de refração que varia de acordo com sua densidade, composição e espessura.
As gotas de chuva também possuem seu índice de refração e funcionam como se fossem um prisma natural. No entanto, é preciso que elas tenham tamanho e formato certos para formar o arco-íris.
A refração é o processo de desvio do feixe de luz que, ao passar de um meio material para outro, sofre alteração na velocidade de propagação. Na formação do arco-íris a luz desvia no interior da gota e depois é refratada novamente ao sair da gota de chuva.
Na natureza um arco-íris se forma quando a luz branca do sol é interceptada por uma gotícula de água da atmosfera. Nesse processo, uma parte da luz solar é refratada para dentro da gota, refletida em seu interior e refratada mais uma vez para fora da gota.
Desse modo, a luz branca, que na verdade é mistura de várias cores, faz aparecer o espectro de cores ao atravessar uma superfície líquida ou uma superfície sólida transparente. Isso ocorre porque um lado da onda de luz desacelera antes do outro, provocando a separação das cores de acordo com a frequência.
Portanto, esse é o processo que a gotícula de chuva faz com luz. Quando atravessa do meio material ar para o meio material água a luz sofre uma refração, pois o índice de refração dos dois meios tem valores diferentes, fazendo com que a velocidade da luz seja distinta nos dois meios.
Física do arco-íris
O arco-íris teve sua primeira explicação teórica a partir do experiência realizada pelo físico René Descartes em 1637. Seu experimento consistiu em incidir raios de luz através de uma grande esfera de vidro cheia de água.
Quando mediu os ângulos que os raios emergiam, Descartes percebeu que o primeiro arco era causado por uma única reflexão interna dentro da gota de água e que o segundo arco podia ser causado por duas reflexões internas. Assim, utilizou a lei de refração e calculou corretamente os ângulos dos dois arcos.
Apesar dos experimentos, o físico não soube explicar sobre as cores. Os avanços nos estudos vieram com Isaac Newton, que foi o primeiro a demonstrar que a luz branca era composta da luz de todas as cores do arco-íris.
Newton, utilizando um prisma de vidro,decompôs a luz branca no espectro completo de cores e, com auxílio de outro prisma, conseguiu recombinar o feixe de luz em luz branca. Ele demonstrou ainda que a luz vermelha é menos refratada que a azul, levando a uma completa explicação do efeito óptico do arco-íris.
Outro efeito físico que explica a formação do arco-íris é a polarização. De acordo com lei de Brewster, para polarização por reflexão em corpos transparentes, o grau de polarização varia de acordo com o ângulo de incidência, comprimento de onda da luz e do par de meios transparentes por onde passa.
No caso da formação de um arco-íris a polarização ocorre devido às reflexões dentro destas gotas, que são corpos transparentes. De modo que a polarização é total quando o raio refletido for perpendicular ao raio refratado.
Curiosidades sobre o arco-íris
- O nome arco-íris provém da mitologia grega, no qual Íris era uma deusa que exercia a função de mensageira, deixando um rastro multicolorido ao atravessar os céus;
- O arco-íris não existe concretamente porque ele é apenas uma ilusão óptica, observado quando a luz atinge gotas de água;
- Os arco-íris parecem formar arcos arredondados, mas na verdade, eles formam círculos completos, que apenas podem ser vistos a partir de um avião ou de altas montanhas;
- Um arco-íris pode aparecer também à noite à medida que a luz refletida pela lua atinge as gotículas de água no ar, mas para isso é necessário que haja lua cheia ou quase cheia;
- Duas pessoas não conseguem ver o arco-íris da mesma forma, pois a luz é refletida pelas gotas de chuva acima do horizonte, no entanto, um horizonte é sempre diferente dos demais.
- O cristianismo, islamismo e judaísmo acreditam que o arco-íris foi intitulado por Deus arco-da-aliança. Isso porque depois do dilúvio Deus prometeu que nunca mais iria destruir a Terra por meio da água e depois de cada chuva seu arco apareceria nas nuvens.