Um arco-íris é causado pela refração e dispersão da luz solar quando passa através de gotas de chuva no ar. A luz é quebrada em diferentes comprimentos de onda ao entrar e sair das gotas, formando um espectro de cores. Os ângulos de refração diferentes fazem com que as cores apareçam em um arco no céu.

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O que causa um arco-íris?
Você sabe que luz é composta de uma coleção de muitas cores: vermelha,
laranja, amarela, verde, azul, índigo, violeta. Isso é por que um prisma pode
captar luz branca em um lado e pode produzir seu próprio mini-arco-íris do
outro. Para entender o arco-íris você tem que começar entendendo o que
está acontecendo dentro de um prisma que decompõe a luz branca em
outras cores.
Um prisma é um pedaço triangular de vidro ou plástico. Para produzir um
mini-arco-íris você deixa que uma faixa estreita de luz branca passe em uma
das faces do triângulo. Assim:
A dispersão de cores em um prisma acontece por causa de algo chamado
“índice refrativo do vidro". Todo material tem um índice refrativo diferente.
Quando luz entra em um material diferente (por exemplo, quando a luz
viajando pelo ar entra no vidro de um prisma), a diferença no índice
refrativo do ar e do vidro faz a luz se dobrar. O ângulo de dobra é diferente
para comprimentos de onda de luz diferentes. À medida que a luz se move
pelas duas faces do prisma, as cores diferentes se dobram em quantidades
diferentes e se espalham em forma de um arco-íris.
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Em um arco-íris, os pingos de chuva no ar agem como prismas minúsculos.
A luz penetra na gota, reflete em um dos lados da gota e saí, e no processo é
quebrada em um spectrum como em um prisma de vidro triangular. Assim:
O ângulo entre o raio de luz que entra e o raio vermelho que sai das gotas é
42 graus para vermelho, e 40 graus para violeta. Você pode ver neste
diagrama que os ângulos causam cores diferentes advindas de gotas
diferentes ao alcançar seus olhos, formando uma forma circular de cores no
céu, um arco-íris. Em um arco-íris duplo, é produzido o segundo arco
porque as gotas podem ter duas reflexões interiores e podem produzir o
mesmo efeito. As gotas têm que ser do tamanho certo para trabalhar e
fornecer duas reflexões.
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