Como se forma o arco-íris e por que ele tem várias cores?

A chuva começa a diminuir, o Sol aparece e uma faixa colorida surge no céu. Para entender como se forma o arco-íris, precisamos acompanhar o caminho da luz dentro das gotas de água que estão no ar.

Ao entrar em uma gota, a luz solar muda de direção. Parte dela é refletida na superfície interna e, ao sair, sofre outro desvio. Nesse percurso, as diferentes componentes da luz são separadas, produzindo as cores que enxergamos.

Entretanto, não basta haver chuva e Sol ao mesmo tempo. A posição do observador também importa: no arco-íris comum, o Sol fica atrás de quem observa, enquanto as gotas responsáveis pelo fenômeno estão à frente.

O caminho da luz dentro de uma gota

A primeira mudança acontece quando a luz passa do ar para a água. Como sua velocidade de propagação é diferente nesses meios, sua direção pode mudar. Esse fenômeno recebe o nome de refração.

Depois, parte da luz chega à superfície interna da gota e é refletida de volta. No arco-íris principal, ocorre uma reflexão interna antes da saída.

Ao passar da água para o ar, a luz é refratada novamente. Assim, a combinação dos desvios e da reflexão direciona parte da iluminação de volta para a região onde está o observador.

Uma única gota pode separar diferentes cores, mas o arco visível resulta da contribuição de inúmeras gotas. Cada uma envia aos nossos olhos uma parte da luz na direção adequada.

Por que a luz branca aparece dividida em cores?

A luz solar reúne diferentes comprimentos de onda. Embora essa mistura possa parecer branca, seus componentes não se comportam exatamente da mesma maneira ao atravessar a água.

O índice de refração da água varia conforme o comprimento de onda. Consequentemente, cada componente sofre um desvio um pouco diferente. Essa separação é chamada de dispersão.

No arco-íris principal, o vermelho aparece na borda externa, enquanto o violeta ocupa a região interna. Entre eles, surgem as demais tonalidades.

É comum falar em sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Contudo, essa divisão é uma convenção. O arco-íris apresenta um espectro contínuo, com transições graduais, e não sete faixas completamente separadas.

Por isso, nem sempre conseguimos distinguir todas as cores com a mesma facilidade.

Por que o arco-íris tem formato de arco?

As gotas não ficam organizadas em uma curva no céu. O formato surge da geometria entre a luz solar, as gotas e seus olhos.

A luz do arco-íris principal chega de direções que formam determinados ângulos em relação ao ponto oposto ao Sol, chamado de ponto antissolar.

Essas direções desenham um círculo ao redor desse ponto. Entretanto, quando estamos no chão, o horizonte geralmente impede que vejamos sua parte inferior. Assim, aparece apenas um arco.

A posição do Sol também altera o quanto conseguimos observar. Com o Sol mais baixo, uma porção maior do arco pode ficar acima do horizonte.

Portanto, o desenho não pertence a uma estrutura material suspensa no ar. Ele corresponde às direções de onde a luz chega ao observador.

É possível enxergar um arco-íris completo?

Sim. Em condições favoráveis, observadores em locais elevados podem perceber um círculo completo ou uma extensão maior do fenômeno.

Isso pode acontecer em aeronaves ou perto de quedas-d’água, quando existem gotas também abaixo da linha de visão. Entretanto, altura sozinha não garante a observação.

É necessário que a iluminação e a distribuição das gotas permitam a chegada da luz nas direções corretas. Além disso, obstáculos e condições de visibilidade podem esconder partes do círculo.

Essa possibilidade ajuda a entender por que a palavra “arco” descreve apenas a aparência mais comum. A geometria do fenômeno é circular, embora frequentemente enxerguemos somente uma parte.

Como surge o arco-íris duplo?

Às vezes, um segundo arco aparece acima do principal, geralmente mais fraco e com as cores invertidas.

Nesse caso, a luz sofre duas reflexões internas na gota antes de sair. O caminho diferente modifica os ângulos em que as cores chegam ao observador.

No arco secundário, o vermelho fica na região interna e o violeta na externa. Além disso, menos luz contribui para sua formação, o que ajuda a explicar a aparência mais discreta.

Entre os dois arcos, pode aparecer uma faixa relativamente escura, conhecida como banda escura de Alexander, relacionada à distribuição da luz pelas gotas.

Por que não conseguimos chegar ao fim do arco-íris?

O arco-íris não tem uma localização fixa como uma árvore ou um prédio. Sua posição aparente depende de onde você está e das gotas que enviam luz até seus olhos.

Quando você se desloca, outras gotas passam a contribuir para a imagem. Dessa forma, o arco observado também muda.

Por isso, caminhar em direção ao seu “fim” não permite alcançá-lo. A impressão de que ele toca o chão é resultado da perspectiva.

Além disso, duas pessoas próximas podem enxergar arcos muito semelhantes, mas recebem luz de conjuntos diferentes de gotas. Cada observador tem sua própria geometria de visão.

Quais condições ajudam a encontrar um arco-íris?

A combinação mais conhecida envolve Sol baixo e chuva na direção oposta. Entretanto, gotas produzidas por uma fonte, mangueira ou cachoeira também podem formar o fenômeno.

Para reconhecê-lo, observe:

• Se o Sol está atrás de você.
• Se existem gotas iluminadas à frente.
• Se a região oposta ao Sol está visível.
• Se o céu permite contraste com as cores.
• Se o arco apresenta uma faixa secundária acima.

O tamanho das gotas e a distribuição de seus diâmetros também influenciam a aparência. Gotas muito pequenas, como as da neblina, podem produzir arcos esbranquiçados, conhecidos como arcos de neblina.

Assim, nem toda manifestação apresenta cores fortes. A mesma interação entre luz e água pode gerar resultados diferentes. Observar o formato, o brilho e a ordem das tonalidades permite acompanhar, na paisagem, o percurso que a luz realizou dentro de inúmeras gotas.

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