Olha o Arco - Íris ai Gente...

::: ARCO-ÍRIS AO CAIR DA TARDE :::



Foto digital: Dulcidio Braz Jr

Arco-íris fotografado ao cair da tarde de hoje. Clique na foto para ver versão
em alta resolução (1865 pixels X 700 pixels - 160 kb)

Acabo de assistir pela janela, ao vivo e em cores, a um belíssimo show gratuito da natureza: um arco-iris.
A janela do meu escritório dá para leste. Era fim de tarde, por volta das 18h, e o Sol estava se pondo, já bem perto do horizonte, a oeste. Havia acabado de chover e a umidade do ar era bastante perceptível. Ambiente perfeito para a formação do arco-íris.
Sempre que se forma um arco-íris, o Sol está às nossas costas e à nossa frente temos uma nuvem, uma verdadeira cortina de gotículas de água. Cada gota d'água funciona como um prisma, que refrata a luz, mas com uma pequena diferença. Para entender melhor como se forma o arco-íris, acompanhe o raciocínio a seguir.

:: A REFRAÇÃO E A SEPARAÇÃO DE CORES


Na refração, quando a luz passa de um meio material para outro, sofre desvio e muda de velocidade. Na faixa visível, a cor que sofre maior desvio é sempre o violeta que terá também sempre a menor velocidade. Ao contrário, na outra ponta do espectro, o vermelho terá maior velocidade mas sofrerá menor desvio.


 www.physik.uni-bayreuth.de
O desvio na refração é um fenômeno bem sutil, difícil de ser observado e medido. No entanto, num prisma o efeito fica bem evidente. Por que? É simples: num prisma acontecem duas refrações, uma na entrada e outra na saída. A segunda refração é um reforço da primeira, é um espécie de desvio sobre o desvio. Entendeu?
E é isso o que ocorre numa gota de água suspensa no ar. A luz solar branca⁽¹⁾, policromática, refrata na entrada e na saída da gota e a separação de cores fica bem evidente. Só que no prisma a luz entra numa face e sai na outra, do lado oposto. Na gota d'água a luz entra de um lado, reflete⁽²⁾ na parede oposta e torna a sair pelo mesmo lado que entrou, exatamente do lado onde se encontra o olho do observador. Por isso o sol sempre está do lado oposto ao do arco-íris, às costas do observador.


:: A FORMA DE ARCO
Uma das coisas mais intrigantes é a forma de arco do arco-íris. Para entender como pode ser isso, veja o esquema abaixo.



Para simplificar, a figura mostra apenas os raios de luz vermelha e violeta, relativos aos extremos do espectro visível. Note que todas as gotas, de todas as alturas, dispersam a luz de todas as cores. No entanto, somentes as gotas mais altas conseguem enviar luz vermelha direto para o olho do observador. Ao contrário, a luz violeta provém de gotas mais baixas. Isso explica porque o vermelho fica por fora e o violeta por dentro, ou, em outras palavras, porque as cores do arco-íris sempre obedecem a uma ordem fixa (vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul claro, azul escuro, violeta).

Note que o olho do observador será o vértice de vários cones de luz de abertura variável entre 40^o e 42^o. O cone de maior abertura (42^o) será o vermelho e o de menor abertura (40^o) o violeta. As cores em arco no arco-íris nada mais são do que as bases dos diversos cones de luz dispersada pelas diversas gotas, do vermelho ao violeta.

:: CADA UM TEM O ARCO-ÍRIS QUE "MERECE"


Se duas pessoas estiverem vendo o arco-íris ao mesmo tempo, uma ao lado da outra, cada uma verá o seu próprio arco-íris, ou seja, o seu próprio cone de luz. É lógico que os dois arco-íris vistos pelas duas pessoas são semelhantes, indistinguíveis visualmente, mas são cones de luz diferentes, com vértices diferentes, cada qual posicionado nos olhos de cada observador.
Assim, cada um tem o arco-íris que "merece"!

:: OUTRA RESTRIÇÃO


Você já reparou que nunca se forma um arco-íris ao meio dia? Se o Sol estiver perto do horizonte, o cone de luz, de abertura em torno de 40^o, estará bem visível, acima do horizonte. No entanto, quanto mais alto estiver o Sol, menor a porção da base do cone visível e, portanto, menor será o arco-íris. Se o Sol estiver mais alto do que 42^o, toda base do cone estará abaixo do horizonte e não veremos arco-iris nenhum. Assim, só se formam arco-íris com o Sol abaixo de 42^o em relação ao horizonte. Isso restringe bastante os horários para que se formem arco-íris.

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(1) A luz solar é dita branca, policromática, porque possui todas as cores do espectro visível. Embora seja comum fazermos a divisão em sete cores, do vermelho ao violeta, na verdade são infinitos tons e não apenas sete cores.
(2) Este é um fenômeno conhecido como Reflexão Interna Total e acontece quando um raio de luz tenta atravessar de um meio mais para outro menos refringente com ângulo de incidência maior do que o Ângulo Limite do dióptro.