O documento explica como um arco-íris é formado pela refração da luz solar ao passar pelas gotículas de água da chuva. A luz branca é separada em suas cores componentes ao passar por cada gota, e só podemos ver uma cor específica de cada gota dependendo do ângulo. Isso cria o efeito de um arco colorido no céu.

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Como funciona um Arco-¡ris
Foto Cortesia Dan Metz
Um arco-¡ris ‚ um dos mais belos espetáculos que a natureza pode oferecer, tão belos, na
realidade, que eles inspiraram contos de fadas, contos e lendas. Uma boa aposta da maioria
dos artistas atrás destes contos que eram totalmente místicos sobre o fenômeno do arco-íris,
assim como há pessoas ainda hoje.
Mas a ciência em um arco-¡ris ‚ de verdade muito simples. ﾐ somente um pouco de ¢tica
básica. Nesta edição, descobriremos como a chuva e o sol se une para pôr cores no céu.
Curvas luminosas
O processo fundamental que funciona em um arco-¡ris ‚ a refração "a curvatura da luz". A
curvatura da luz, ou com mais precisão, a mudança de direção, quando viaja de ponto a
outro. Isto acontece porque a luz viaja a velocidades diferentes em meios diferentes.
Foto cortesia Associação Oceânica e Atmosférica Nacional
Para entender por que a luz se curva, imagine você está empurrando um carrinho de
compras em um estacionamento. O estacionamento ‚ um "meio" para o carrinho de
compras. Se você estiver aplicando uma força constante, a velocidade do carrinho depende
do meio em que está viajando, neste caso, a superfície, movimentada do estacionamento. O
que acontece quando você empurra o carrinho de compra para fora do estacionamento,
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sobre uma região gramada? A grama ‚ um meio diferente para o carrinho. Se você
empurrar o carrinho diretamente sobre a grama, o carro simplesmente reduzir a sua
velocidade. A grama oferece mais resistência, assim gasta mais energia para mover o
carrinho de compras.
Mas quando você empurrar o carro sobre a grama com um determinado ângulo, acontece
outra coisa. Se a roda certa primeiro bater na grama, a roda reduzir a velocidade enquanto
a roda esquerda ainda estiver no pavimento. Porque a roda esquerda gira um pouco mais
depressa que a roda direita, o carrinho de compra virar para… direita à medida que se
move sobre a grama. Se você mover a um determinado angulo em uma região gramada para
uma região pavimentada, uma roda acelerar mais que a outra e o carrinho virar.
Semelhantemente, um feixe de luz se distorce quando entra em um prisma de vidro. Esta
‚ uma simplificação, mas pense deste modo: Um lado da onda de luz reduz a sua velocidade
antes da outra, assim o feixe atinge o limite entre o ar e o vidro (alguma da luz na verdade
se reflete fora da superfície do prisma, mas a maioria delas passa por ele). A luz novamente
se concentra quando deixa o prisma, porque parte da luz se acelera antes da outra.
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Al‚m da curvatura da luz como um todo, um prisma separa a luz branca em suas cores
componentes. Cores diferentes de luz têm freqüências diferentes que faz com que viagem a
velocidades diferentes quando se movem pela matéria.
Uma cor que viaja mais lentamente no vidro dobrar mais nitidamente quando passa do ar
para o vidro, porque a diferença de velocidade ‚ mais severa. Uma cor que se muda para o
vidro mais depressa não reduzir tanto sua velocidade como muitas outras, assim dobrar
menos nitidamente. Deste modo, as cores que compõem a luz branca estão separadas de
acordo com sua frequência quando eles atravessarem o vidro. Se o vidro dobra a luz duas
vezes, como em um prisma, você pode ver as cores separadas mais facilmente. Isto
‚ chamado dispersão.
Um prisma separa luz branca em suas cores componente. Para simplicidade, este diagrama
mostra s¢ o vermelho e violeta que estão em pontos opostos do espectro.
Gotas de chuva podem refratar e podem dispersar luz do mesmo modo básico de um prisma.
Nas condições certas, esta refração forma um arco-¡ris. Na próxima seção, descobriremos
como isto acontece.
Fazendo um Arco-¡ris
Um pingo de chuva individual tem uma forma diferente e consistência que um prisma de
vidro, mas afeta luz de modo semelhante. Quando luz solar branca atinge um grupo de
pingos de chuva a um angulo bastante pequeno, você pode ver o componente da cor
vermelha, laranja, amarela, verde, azul, ¡índigo e violeta, um arco-¡ris. Para simplicidade,
olharemos só o vermelho e violeta, as cores de luz ao final do espectro de luz visível.
O diagrama abaixo mostra o que acontece quando a luz solar atinge um pingo de chuva
individual.
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Quando a luz branca passa do ar para a gota d´água, a cor componente da luz atinge
velocidades diferentes, pois dependem da sua freqüência. A luz violeta se curva a um angulo
relativamente afiado quando entra no pingo de chuva. Ao lado direito da gota, alguma parte
da luz retorna para o ar, e o resto ‚ refletido para trás. Parte da luz refletida do lado
esquerdo exterior da gota, se curva à medida que passa novamente pelo ar.
Deste modo, cada pingo de chuva individual dispersa a luz solar branca em suas cores
componentes. Esta ‚ a razão pela qual vemos bandas largas de cor, como se chuvas
diferentes estivessem dispersando em uma única cor diferente? Porque nós só vemos uma
cor de cada pingo da chuva.
Você pode ver como isto funciona no diagrama abaixo.
Quando pingo de chuva A dispersa a luz, as saídas de luz vermelha só existem a um
determinado angulo para viajar até‚ os olhos do observador. Os outros feixes s coloridos
saem a um angulo um pouco menor, assim o observador não os vê A luz solar atingir todos
os pingos de chuva circunvizinhos da mesma maneira, assim todos eles vão atingir o
observador com a luz vermelha.
O pingo de chuva B estão muito mais baixo no céu, assim não salta nenhuma luz vermelha
ao observador. A sua altura, as saídas de luz violeta s¢ existem a um determinado angulo
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correto para viajar até‚ o olho do observador. Toda a gota de chuva circunvizinha de B
emite luz da mesma maneira. Todos os pingos de chuva entre A e B emitem cores diferentes
de luz para o observador, assim o observador vˆ o todo o espectro de cores. Se você
estivesse sobre a chuva, você veria o arco-íris como um circulo cheio, porque a luz saltaria
para trás e ao redor de você. No chão, vemos o arco do arco-íris que ‚ visível sobre o
horizonte.
Às vezes você vê um arco-íris duplo, um arco-íris fino com um arco-¡ris mais lânguido sobre
ele. O arco-¡ris mais lânguido ‚ produzido da mesma maneira como o arco-¡ris mais fino,
mas uma vez dentro do pingo de chuva, a luz ‚ refletido duas vezes. Como resultado desta
dupla reflexão, a luz existe no pingo de chuva a um angulo diferente, assim vemos mais para
cima. Se você olhar cuidadosamente, você ver que as cores no segundo arco-¡ris estão na
ordem inversa do arco-íris primário.
E isso realmente ‚ tudo que há em um arco-¡ris. Luz e água se combinam de um só jeito para
pintar um quadro natural bonito.
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