Arco Iris

l Arco iris es un conjunto ordenado de arcos de colores, todos con el mismo centro.

Aparece en el cielo cuando llueve. Se produce cuando un rayo de luz es interceptado por una gota de agua suspendida en la atmósfera. La gota lo descompone en todos sus colores al mismo tiempo que lo desvía (lo refracta al entrar en la gota y al salir). Debido a estas refracciones el rayo se vuelve hacia la parte del cielo en que está el sol.

Parte de la luz que se refracta al entrar en la gota se refleja en las paredes interiores y vuelve a refractarse al salir de la gota al exterior.

La gota actúa como lo haría un prisma: la primera refracción separa los colores que contiene el rayo de luz y la segunda refracción incrementa aún más esta separación.

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. El centro del arco está frente a ti y por debajo.

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).

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.

En realidad 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.

Pulsa para ver como René Descartes explicó su formación en 1637.

El siguiente applet de Fu-Kwun Hang te ayudará a estudiar la física del arco iris. Otro applet que complementa a éste es el de Pascal Reanult..

Arco iris primario

Actividades con el applet:

El círculo negro representa una gota de agua en la atmósfera. Un rayo de luz roja llega a ella desde la izquierda.

1.- Puedes pulsar dentro del bloque de colores -parte superior izquierda del applet - para cambiar el color del rayo incidente sobre la gota.

Parte del rayo incidente es reflejado hacia fuera de la gota, saliendo hacia la atmósfera (indicado con el número1).

Una parte de la luz refractada dentro de la gota, al llegar a la otra pared interior, se refracta de nuevo y sale a la atmósfera (número 2) y la otra parte se refleja en el interior.

A su vez, una parte de la luz reflejada en la parte interior de la gota vuelve hacia delante y se refracta saliendo a la atmósfera (número 3). Los rayos de esta porción de luz incidente son los que forman el arco Iris (lo que ve el ojo). Los de color rojo forman con el rayo de sol incidente un ángulo de 42 º, los azules de 40º y en este intervalo de 2º sale toda la radiación que conocemos como arco iris.

2. - Comprueba que en cada refracción existe también reflexión. En la última refracción (rayo 3) parte de la luz se refleja y luego se refracta y sale al exterior de la gota (rayo número 4).

3.- Puedes pulsar sobre el rayo incidente y arrastrar arriba y abajo para ver como cambia la intensidad relativa de las radiaciones salientes según el ángulo de incidencia.

"R" es el radio de la gota de agua y "b" es la distancia vertical desde el rayo incidente al centro del círculo: la gota.

4.- Puedes "clickear" dentro del cuadro blanco (arriba al lado del cuadro de colores) y ver lo que sucede.

5.- Cuando la luz se refracta sigue las leyes de la refracción :

ni sen( i )=nrsen( r )

siendo n el índice de refracción.

Los números que aparecen en la esquina inferior izquierda son: i, ángulo de incidencia, r, ángulo de refracción.

Comprueba en el applet que el indice de refracción "n" de la luz roja es menor que "n" de la luz azul. Por lo tanto, como n=c/v , la luz roja viaja en la pared de la gota más rápidamente que la azul y se acerca menos a la normal (se tuerce menos) en las dos refracciones. Explícalo con la ayuda de la ley de Snell.

c=velocidad de la luz en el vacío.

v=velocidad de cada tipo de luz en un medio (agua).

6.- Comprueba que la mayor parte de la luz se refracta hacia fuera de la gota en el rayo 2.

7.- Comprueba que cuando tus ojos interceptan los colores separados que parten de las gotas de lluvia, los rayos rojos forman con los rayos incidentes de los que provienen ángulos ligeramente superiores (42º )que los que forman los rayos azules (40º).

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