Com certeza você já se perguntou como se forma o arco-íris, não é mesmo? Isso porque esse fenômeno é uma das mais belas exibições da natureza. O fato da sua ocorrência depender de uma conjunção de fatores torna a sua aparição ainda mais especial.
O que é o arco-íris?
O arco-íris é uma ilusão de ótica, portanto, é um fenômeno que os seres humanos não conseguem controlar. Ele depende da combinação da luz do sol com determinadas condições atmosféricas para se tornar visível aos observadores.
Ele é o resultado da interação entre luz do sol, água e ar. Por essa razão, é muito mais frequente observar a aparição do arco-íris em dias que tem uma sequência de sol e chuva em um intervalo de tempo curto.
Diferentes fenômenos da física atuam no processo de como se forma o arco-íris. Alguns deles são a dispersão, a refração e a reflexão.
Como se forma o arco-íris?
O primeiro movimento para a geração do arco-íris acontece quando os raios solares atingem gotas de chuva. Assim, a luz do sol atinge a água em um determinado ângulo.
Esse posicionamento geométrico é crucial porque é a formação angular que vai determinar se o arco-íris será formado ou não.
De modo geral, é mais comum que os arco-íris ocorram ao amanhecer e no entardecer. A razão para isso é o ponto onde o sol se encontra nesses horários. Nessas condições, ele fornece o ângulo ideal que dá origem a como se forma o arco-íris. Sem esse aspecto geométrico não é possível que a formação do arco-íris ocorra.
Quais fenômenos físicos são importantes no processo?
A física é uma ciência que estuda a natureza e os aspectos gerais dos seus fenômenos. Portanto, é através do estudo de alguns deles que conseguimos entender como se forma o arco-íris.
Reflexão da luz solar
No momento em que os raios do sol entram em contato com as gotas de água da chuva, a sua luz reflete. Então, o fenômeno físico da reflexão entra em ação. Isso ocorre porque a água ao mesmo transmite e reflete a luz. O processo se assemelha a quando estamos em frente a uma janela de vidro e vemos nosso próprio reflexo.
Refração da luz
Enquanto isso, a luz que não é refratada atravessa uma camada limite de água e ar. O fato da água ser mais densa faz com que essa luz desacelere. A redução da velocidade faz com que o caminho que a luz percorre se dobre. Esse fenômeno é chamado de refração. Por isso, o arco-íris sempre se apresenta de forma curvada ou dobrada em direção à linha normal.
A importância da luz no modo como se forma o arco-íris e suas cores
A luz branca que compõe o sol é formada por um espectro de cores distintas. Cada uma delas tem seu próprio comprimento de onda.
Os diferentes comprimentos de onda viajam em diferentes velocidades. Ao mesmo tempo, eles se deparam com uma mudança no meio do caminho que o torna mais ou menos denso.
As próprias velocidades são afetadas pela diferença nas quantidades. Então, as cores se separam. Aqui acontece o fenômeno da dispersão. Ele é o responsável pelo arco-íris apresentar cores distintas.
As luzes se refletem atrás da gota da chuva
Já vimos que quando a luz atinge a parte de trás da gota de chuva, ela forma um ângulo. Dependendo do seu desenho geométrico, o ângulo de incidência se torna maior em relação ao ângulo crítico. Portanto, ocorre o fenômeno da reflexão interna total. Ele permite que o arco-íris se torne visível.
Mais refração
À medida que a luz sai da gota, a velocidade muda. Quando ela se afasta do ponto mais denso (formado pela água) para um ponto de menor densidade (formado pelo ar), a sua velocidade aumenta.
O aumento de velocidade faz com que as ondas que percorrem o caminho da luz se afastem da linha normal. Portanto, elas criam uma outra possibilidade de refração. Esse fenômeno contribui também para o modo de como se forma o arco-íris.
Dispersão e formas das cores
Conforme os raios são refratados novamente, os diferentes comprimentos de onda são afetados em extensões distintas. Assim, eles tornam ainda mais clara a formação do conjunto de cores que identifica o arco-íris. Portanto, se tornam visíveis a partir da dispersão.
Por que o arco-íris normalmente aparece depois da chuva?
Existem três condições principais que precisam ocorrer para que possamos enxergar o arco-íris no céu. A primeira delas é a ocorrência da chuva porque é a flutuação das gotas de água no ar que dá origem ao fenômeno.
Para que isso aconteça, no entanto, é necessário que o sol também esteja brilhando no céu. Além disso, o observador precisa estar no local onde a ocorrência de sol e chuva aconteça em um intervalo de tempo curto.
Por que o arco-íris tem sete cores?
Uma das principais questões para entender como se forma o arco-íris é entender porque a sua aparição apresenta exatamente sete cores diferentes. Já vimos que a formação do fenômeno ocorre a partir da interação entre a gota de chuva, o ar e a luz do sol.
Acontece que quando a luz atravessa a gota de água, ela é separada em todos os seus comprimentos de onda. Por isso, vemos sete cores no arco-íris, que são:
- Violeta;
- Índigo;
- Azul;
- Verde;
- Amarelo;
- Laranja;
- Vermelho.
Cada um desses espectros apresenta um comprimento de onda diferente. A luz vermelha, por exemplo, é a que apresenta o comprimento mais longo, e além do mais, só se curva quando o ângulo atinge cerca de 42 graus.
Já a luz violeta tem o comprimento de onda mais curto. Ela se curva no ângulo de cerca de 40 graus antes de sair da gota de água da chuva. Por isso, como o comprimento da luz vermelha é maior, geralmente ela aparece na borda externa do arco-íris. Enquanto isso, a luz violeta fica na outra ponta.
Cores “invisíveis”
O ordenamento de cada uma das cores ocorre de acordo com o seu comprimento de onda. É importante acrescentar que existem outras ondas de luz que são refletidas no arco-íris. Contudo, elas não são visíveis para os seres humanos. As ondas “invisíveis” estão presentes nas duas pontas do arco.
Entender como se forma o arco-íris nos ajuda também a compreender a própria formação das cores e a relação que elas apresentam com a luz. Assim, da próxima vez que você enxergar um arco-íris no céu, pense em quantas condições estão presentes para que ele seja visível a olho nu.
Fonte: How Stuff Works | Science ABC
