DRAE:
[arco][~ iris]
1. m. Arco de colores que a veces se forma en las nubes cuando el Sol, y a veces la Luna, a espaldas del espectador, refracta y refleja su luz en la lluvia. También se observa este arco en las cascadas y pulverizaciones de agua bañadas por el Sol en determinadas posiciones.
arcoíris. (Artículo nuevo. Avance de la vigésima tercera edición del DRAE).
1. m. Fenómeno óptico que presenta en forma de arco de bandas concéntricas los siete colores elementales, causado por la refracción o reflexión de la luz solar en el agua pulverizada, generalmente perceptible en la lluvia.
En óptica, un prisma es un objeto capaz de refractar, reflejar y descomponer la luz en los colores básicos. Generalmente, estos objetos tienen la forma de un prisma triangular, de ahí su nombre.
De acuerdo con la ley de Snell, cuando la luz pasa del aire al vidrio del prisma disminuye su velocidad, desviando su trayectoria y formando un ángulo con respecto a la interface. Como consecuencia, se refleja y/o se refracta la luz. El ángulo de incidencia del haz de luz y los indices de refracción del prisma y el aire determinan la cantidad de luz que será reflejada, la cantidad que será refractada o si sucederá exclusivamente alguna de las dos cosas.
Uno de los fenómenos de la luz blanca natural es su descomposición en colores, desde el rojo hasta el violeta, cuando se refracta a través de algún material de vidrio; este fenómeno recibe el nombre de dispersión, y es debido a que la velocidad de la luz en un medio cualquiera varía con la longitud de onda (el índice de refracción de un medio y por tanto la velocidad de la luz en el mismo depende de la longitud de onda. Cada color tiene una longitud de onda distinta). Así, para un mismo ángulo de incidencia, la luz se refracta con ángulos distintos para diferentes colores.
La luz solar se dispersa en forma de cono, cuyo vértice es el Sol. Una sección de esta figura geométrica sería el semicírculo que da lugar al fenómeno conocido como arco iris, cuando la radiación luminosa se enfrenta a la cortina de agua que es la lluvia.
Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia (a modo de pequeños prismas), éstas se encargan de producir tal efecto, pero en algunas mucho más que en otras. Los rayos del Sol involucrados con la formación del arco iris salen de las gotas de lluvia con un ángulo de aproximadamente 138 grados respecto de la dirección que llevaban antes de entrar en ellas. Este es el "ángulo del arco iris", descubierto por René Descartes en el año de 1637. Si la luz saliera a 180 grados, entonces regresaría por donde vino pero como el ángulo de salida es de sólo 138 grados, la luz no se refleja exactamente hacia su origen. Esto hace posible que el arco iris sea visible para nosotros, que no solemos encontrarnos exactamente entre el Sol y la lluvia. De manera que siempre, si nos colocamos de frente a un arco iris, el Sol estará detrás de nosotros.
Para ser más precisos, es la luz amarilla la que es dispersada a 138 grados de su trayectoria original. La luz de otros colores es dispersada en ángulos algo distintos. La luz roja del arco iris se dispersa en una dirección ligeramente menor que 138 grados, mientras que la luz violeta sale de las gotas de lluvia en un ángulo un poco mayor.
Un rayo de luz solar, de los que "hacen" un arco iris, cambia su dirección tres veces mientras se mueve a través de una gota de lluvia: Primero entra en la gota, lo cual ocasiona que se refracte ligeramente. Entonces se mueve hacia el extremo opuesto de la gota, y se refleja en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve a refractarse cuando sale de la gota de lluvia en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente distinto para cada longitud de onda, para cada color del arco iris.
La luz solar emerge de muchas gotas de lluvia a un tiempo. El efecto combinado es un mosaico de pequeños destellos de luz dispersados por muchas gotas de lluvia, distribuido como un arco en el cielo.
Las condiciones para ver un arco iris se reducen a que el observador tiene que estar localizado entre el Sol y una lluvia de gotas esféricas ¿Y cuándo son las gotas esféricas? Lo son cuando caen a una velocidad uniforme, constante. En esas condiciones la gota adquiere un volumen máximo con la mínima superficie (esfera). Así es posible la dispersión luminosa dentro de la gota y por tanto el arco iris. Aunque ligeras variaciones de la esfera puedan dar diversas variaciones en un arco iris. Por lo tanto, la lluvia no debe ser torrencial, ni estar afectada por el viento. Es por ello que no siempre se contempla el arco iris cuando hay lluvia y sol.
El factor que determina la cantidad de arco visible cuando uno observa un arco iris es la altura del Sol, cuanto más bajo se encuentre el astro, más alta será la cresta del arco iris y viceversa. Al elevarnos sobre la superficie de la Tierra, comprobaremos que ciertos arco iris continúan por debajo del horizonte. Algunos escaladores hablan de que han logrado ver arco iris circulares completos, pero ni siquiera las montañas poseen la suficiente altura como para poder llegar a observar un arco iris circular en su totalidad. En realidad, te resultará muy díficil (aunque no imposible) ver un arco iris completamente circular debido a que el sol siempre está más arriba y tú al nivel del suelo, solamente podrás apreciar, por muy alto que estés, un poco más de la mitad superior del arco, ya que aun cuando estuvieras a una altura mayor, la mitad de las gotas que quedan en el arco inferior, o sea, la parte inferior del círculo, reflejarían la descomposición de luz en la misma dirección que todas las gotas de la mitad superior, osea hacia abajo.
Cuando estás viendo un arco iris siempre tienes el sol a tu espalda y por encima de ti. La lluvia está formando una cortina delante de ti, y sobre ella ves el arco iris. Para que exista un arco iris tiene que haber gotas de agua suspendidas en la atmósfera, La luz que se halla a espaldas del espectador atraviesa la superficie de la gota de agua, llega a la pared opuesta y se refleja en la misma dirección,dispersándose entonces en función del ángulo con que haya incidido sobre ella. Este fenómeno es conocido como retrorreflexión y actúa según el mismo principio de las pinturas reflectantes de las carreteras.
Cada gota se ve de un color. El grupo de gotas que se ve del mismo color se sitúa sobre un círculo de ese color. Cuando la reflexión / refracción se produce en millones de gotas suspendidas juntas en el aire se forma un arco de colores en el cielo (varios arcos de colores concéntricos). Lo que ves en el arco iris es un arco de colores con el rojo situado en la parte exterior, luego los demás colores naranja, amarillo, verde y finalmente el azul que está en la parte interior del arco.
La dispersión de la radiación solar en forma de cono da lugar a una semicircunferencia. Solamente un grupo de gotas van a estar en el ángulo correcto para permitir ver este fenómeno, y ese conjunto de gotas van a estar a la misma distancia de tí (el hecho de que estén a la misma distancia de tí determina la forma circular). Así que influye, la posición del sol y tu propia posición.
Todas aquellas gotas de agua situadas con un mismo ángulo determinado de incidencia a los rayos de Sol (entre 40 a 42 grados, del rojo al violeta) darán lugar a un mismo color porque reflejarán radiaciones de la misma longitud de onda; eso es lo que produce las diferentes capas luminosas que conforman el espectro visible.
El número de reflexiones internas puede ser mayor de dos (dependiendo de por donde entra la luz en la gota) y puede dar lugar a la aparición de dos arcos iris: el primario más fuerte e interior y el secundario más débil y exterior. Si la luz que incide sobre la gota de agua realiza dos refracciones y tres reflexiones internas podemos deducir su trayectoria aplicando la misma teoría que en el estudio anterior. El resultado es la formación de un arco iris secundario de colores invertidos, más débil y que queda por encima del primario. Su debilitamiento se debe a la luz que se refracta y sale al exterior en cada reflexión interna.
El orden de los colores en el arco secundario está invertido debido a la doble reflexión interna. Teóricamente puede haber más de tres reflexiones internas, cuatro, cinco, que darían lugar a cuatro y cinco arco iris. El tercero y cuarto estarían entre el observador y el sol y quizás nunca se puedan ver. El quinto se produce en la misma zona del primero y del segundo y no se ve porque es muy ténue.
La zona situada entre los dos arco iris es menos luminosa que el resto del cielo. El primero que señaló este hecho fué Alejandro de Afrodisia.
Los ángulos que forman los rayos incidente y refractado hacia el ojo son mayores en el rayo secundario: 50 º para la luz roja y 54º para la violeta.
Muchas de las características del arco iris fueron explicadas por Aristóteles, Descartes, Newton y Young. Newton en su libroOptica -año 1704- explicó el arco iris primario y secundario y publicó un dibujo semejante al que ves en esta página un poco más arriba.
CURIOSIDADES:
En Cambridge (Reino Unido), la astrónoma Jacqueline Mitton ha captado un extraño fenómeno metereológico: un arco iris al revés. “Nunca antes vi algo así. Las condiciones para que esto suceda tienen que ser precisas: un tipo correcto de cristales de hielo y el cielo tiene que estar despejado“, asegura Mitton. Tal vez este fenómeno esté relacionado con el cambio climático.
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