Las propiedades y el comportamiento de la luz, y cómo interactúa con las gotas de agua, dan lugar a uno de los eventos meteorológicos más coloridos de la naturaleza: el arco iris.
Todo está en la geometrÃa …
Los arco iris se forman cuando la luz del sol se dispersa a partir de gotas de lluvia hacia los ojos de un observador.
La mayorÃa de las gotas de lluvia son esféricas en lugar de la forma de «lágrima» que a menudo se representa y es esta forma esférica la que proporciona las condiciones para que se vea un arco iris.
La posición del sol y las gotas de lluvia en relación con el observador deben ser la correcta para que se forme un arco iris:
El sol debe estar detrás del espectador
El sol debe estar bajo en el cielo, en un ángulo de menos de 42 ° sobre el horizonte. Cuanto más bajo esté el sol en el cielo, más arco iris verá el espectador.
La lluvia, la niebla o alguna otra fuente de gotas de agua deben estar frente al espectador.
El tamaño de las gotas de lluvia no afecta directamente la geometrÃa de un arco iris, pero la niebla o la niebla tienden a dispersar más el efecto.
Los arco iris solo aparecen semicirculares sobre un terreno llano al amanecer o al atardecer, cuando el sol está exactamente en el horizonte, la mayorÃa de las veces se ve un segmento más pequeño de un arco.
El efecto de la luz que golpea una gota de lluvia.
Debido a que el agua es más densa que el aire, la luz que pasa del aire a una gota de lluvia en un ángulo se ralentiza y cambia de dirección, en un proceso llamado refracción.
La luz solar está formada por luz de muchas longitudes de onda diferentes que disminuyen en diferentes cantidades, lo que hace que la luz blanca se divida o se disperse, con las longitudes de onda más cortas azul y violeta pasando por un cambio de dirección ligeramente mayor hacia las longitudes de onda más largas de la luz roja.
Si los ángulos en los que la luz ingresa a la gota son correctos, parte de la luz que ingresa a la gota se reflejará internamente desde el borde interior de la gota y saldrá de la gota, experimentando refracción nuevamente a medida que regresa del agua al aire.
Esta imagen muestra cómo el camino de la luz viaja a través de una gota:
Viendo el arcoiris
Un observador parado en el lugar correcto verá la luz solar dispersa reflejada hacia ellos. La luz dispersada por muchas gotas que llegan al ojo del observador aparecerá como un arco iris de colores.
Los diferentes colores salen de las gotas en ángulos que varÃan alrededor de dos grados desde el rojo al violeta.
La luz roja que ve un observador proviene de gotas ligeramente más altas en la atmósfera que las gotas que dispersan la luz violeta hacia el observador, como se muestra en la siguiente imagen:
