Como se forma el arcoiris y porque

Una de las obras maestras más espléndidas que existen es el arcoiris, y poder entender como se forma y porqué, lo hacen más fascinante. Un arco iris es una excelente demostración de la dispersión de la luz y una pieza más de evidencia de que la luz visible está compuesta por un espectro de longitudes de onda, cada una asociada con un color distinto.

como se forma un arcoiris y porque

Cómo se forma el arco iris

Un arcoiris se ve más a menudo como un arco circular en el cielo. Un observador en el suelo observa un semicírculo de color siendo el rojo el color percibido en la parte exterior o superior del arco. Ahora veremos en detalles como se forman los arcoiris.

¿El arcoiris se forma circular o es sólo un semicírculo?

Aquellos que tienen la suerte de haber visto un arcoiris desde un avión en el cielo, pueden saber que un arcoiris puede ser un círculo completo. Los observadores en el suelo sólo ven la mitad superior del círculo, ya que la mitad inferior del arco circular se ve impedida por la presencia del suelo.

El hecho resulta bastante obvio, ya que las gotas de agua suspendidas no están presentes debajo del suelo. Sin embargo, los observadores en un avión aerotransportado a menudo pueden mirar hacia arriba y hacia abajo para ver el arco circular completo.

como se forma arcoiris circulo o semicirculo

El círculo (o semicírculo) que se forma en el arcoiris, resulta porque hay una colección de gotas suspendidas en la atmósfera que son capaces de concentrar la luz dispersa en ángulos de desviación de 40-42 grados con respecto al camino original de la luz del sol.

Estas gotitas forman en realidad un arco circular, con cada gotita dentro del arco dispersando la luz y reflejándola hacia el observador. Cada gotita dentro del arco refracta y dispersa todo el espectro de luz visible.

La luz roja se refracta de una gota en ángulos más pronunciados hacia el suelo que la luz azul. Así, cuando un observador mira en un ángulo más pronunciado con respecto al suelo, las gotas de agua dentro de esta línea de visión están refractando la luz roja al ojo del observador.

La luz azul de estas mismas gotitas está dirigida a un ángulo menos pronunciado y se dirige a lo largo de una trayectoria que pasa por encima de la cabeza del observador. Por lo tanto, es la luz roja que se ve al mirar los ángulos más pronunciados en relación con el suelo.

Como se forma un arcoiris con las gotas de lluvia

formacion de arcoiris con lluviaUna acumulación de gotas de agua suspendidas en la atmósfera sirve como refractor de luz. El agua representa un medio con una densidad óptica diferente a la del aire circundante. Las ondas de luz se refractan cuando cruzan la frontera de un medio a otro.

La disminución de la velocidad al entrar la luz en una gota de agua provoca que el camino de la luz se incline. Y al salir de la gota, la luz se acelera y se aleja. La gota causa una desviación en el camino de la luz al entrar y salir de la gota.

Hay innumerables caminos por los que los rayos de luz del sol pueden pasar a través de una gota. Cada camino se caracteriza por esta inclinación hacia y fuera. Un camino de gran importancia en la discusión de los arcoiris, es el camino en el que la luz se refracta dentro de la gota, se refleja internamente y luego se refracta fuera de la gota.

Formación de arco iris sin lluvia

como se forman los arcoiris en cascadasLos arco iris no se limitan sólo a la dispersión de la luz por las gotas de lluvia. Las salpicaduras de agua en la base de una cascada, por ejemplo, pueden causar una neblina de agua en el aire que a veces puede resultar en la formación de un arcoiris.

Un aspersor de agua en el patio trasero, es otra fuente común de un arcoiris. La luz solar brillante, las gotas suspendidas de agua y el ángulo de observación adecuado son los tres componentes necesarios para ver una de las obras maestras más espléndidas de la naturaleza.

Cuando y como podemos ver un arcoiris en el cielo

Para ver un arco iris, tu espalda debe estar al sol mientras miras a un ángulo de aproximadamente 40 grados sobre el suelo en una región de la atmósfera con gotas suspendidas de agua o incluso una bruma ligera.

Cada gota individual de agua actúa como un prisma diminuto que dispersa la luz y la refleja de nuevo a tu ojo. A medida que miras hacia el cielo, las longitudes de onda de luz asociadas con un color específico llegan a tu ojo a partir de la acumulación de gotas. El efecto neto del vasto arsenal de gotitas es que se ve un arco circular de colores en el cielo.

Por qué se forma el arcoiris

Pero, ¿exactamente cómo se dispersan las gotas de agua y reflejan la luz? ¿Y por qué se forma el arcoiris con los mismos colores de arriba a abajo? Estas son las preguntas que trataremos de entender, y necesitaremos basarnos en nuestra comprensión de la refracción, reflexión interna y dispersión.

El camino de la luz a través de una gota

Un rayo de luz del sol entra en la gota con una ligera trayectoria descendente. Al refractarse dos veces y reflejarse una vez, el rayo de luz se dispersa y se dobla hacia abajo hacia un observador en la superficie terrestre.

Otros lugares de entrada en la gota pueden resultar en trayectorias similares o incluso en que la luz continúe a través de la gota, y salga por el lado opuesto sin una reflexión interna significativa.

Pero para la ubicación de entrada, hay una concentración óptima de luz saliendo de la gota en ángulo hacia el suelo. Como en el caso de la refracción de la luz a través de prismas con lados no paralelos, la refracción de la luz en dos bordes de la gota da lugar a la dispersión de la luz en un espectro de colores.

La longitud de onda más corta azul y la luz violeta refractan una cantidad ligeramente mayor que la luz roja de longitud de onda más larga. Puesto que los límites no son paralelos entre sí, la doble refracción produce una separación clara de la luz solar en los colores que la componen.

Grados de desviación de las gotas

grados de desviacion de gotas en arcoirisEl ángulo de desviación entre los rayos de luz entrantes del sol y los refractados dirigidos a los ojos del observador es de aproximadamente 42 grados para la luz roja.

Debido a la tendencia de la luz azul de longitud de onda más corta a refractar más que la luz roja, su ángulo de desviación de los rayos solares originales es de aproximadamente 40 grados.

La luz roja se refracta de la gota en un ángulo más pronunciado hacia un observador en el suelo. Hay una multitud de caminos por los que el rayo original puede pasar a través de una gota y posteriormente inclinarse hacia el suelo.

Algunos de los caminos dependen de qué parte de la gota entran en contacto con los rayos incidentes. Otros caminos dependen de la ubicación del sol en el cielo y la trayectoria subsiguiente de los rayos entrantes hacia la gota.

Sin embargo, la mayor concentración de rayos salientes se encuentra en estos ángulos de desviación de 40-42 grados. En estos ángulos, la luz dispersa es lo suficientemente brillante como para dar lugar a una pantalla de arco iris en el cielo.

Del mismo modo, cuando se observa en ángulos menos pronunciados, las gotas de agua dentro de esta línea de visión dirigen la luz azul hacia el ojo del observador, mientras que la luz roja se dirige hacia abajo en un ángulo más pronunciado hacia los pies del observador.

Esta discusión explica por qué la luz roja siempre se observa en la parte superior y en el perímetro exterior de un arco iris y la luz azul es la que se observa en la parte inferior y el perímetro interior del arco iris.