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Arco-íris

Física

Arco-íris é um fenômeno óptico que ocorre devido à refração e reflexão da luz, que é dispersada ao entrar em contato com outros meios.
Arco-íris sendo formado.
Arco-íris sendo formado.
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O arco-íris é um fenômeno óptico e meteorológico que ocorre quando há chuva seguida de iluminação solar. Esse efeito acontece devido à dispersão da luz branca em cores do espectro visível da luz.

As gotículas de água funcionam como um prisma, a luz refrata para dentro das gostas, é refletida em um ângulo de aproximadamente 42º e volta a ser refratada para atmosfera, chegando aos olhos dos observadores. Esse efeito demonstra o padrão das sete cores do arco-íris, que, na realidade, é formado por infinitas cores, e aparece apenas quando o Sol está no lado contrário do observador e com uma altura baixa, como no poente.

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Resumo sobre o arco-íris

  • É um fenômeno óptico e meteorológico.
  • Ocorre devido à dispersão da luz branca.
  • Os efeitos que ocorrem nas gotas de chuva para a formação do arco-íris são: reflexão e refração.
  • O ângulo que a luz faz dentro das gostas esféricas é algo entre 40° e 42°.
  • A cor vermelha sempre está mais externa do que a cor violeta em um arco-íris, devido ao índice de refração da luz.
  • Existem diversos tipos de arco-íris, inclusive um formado pela luz refletida da Lua.
  • René Descartes estudou o efeito de reflexão do arco-íris, seguido de Isaac Newton, que, com os prismas, entendeu o espectro da luz branca.
  • Embora observamos sete cores no arco-íris, existem infinitas cores sem demarcação na formação desse fenômeno.

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Como o arco-íris é formado?

O arco-íris é um fenômeno que ocorre quando a luz branca, como a luz do Sol, é dispersada ao mudar-se o meio. No caso da chuva, as gotículas de água funcionam como os prismas, a luz branca entra nelas refratando (alterando a velocidade e direção de propagação) e se refletindo totalmente nas “paredes” que formam a gota de água. Isso faz a luz refratar de volta para a atmosfera, com diferentes ângulos. Como o índice de refração depende da cor, a luz é dispersada em um espectro conhecido como as cores do arco-íris.

Prisma dispersando a luz branca como a gota da chuva faz.
Prisma dispersando a luz branca como a gota da chuva faz.

Todas as gotas da chuva refletem e refratam a luz da mesma maneira, com a luz mais intensa a um ângulo entre 40° e 42°, independentemente de seu tamanho. Contudo, são poucos raios que chegam até nós observadores.

Refração e reflexão da luz solar, que se dispersa para formar o arco-íris.
Refração e reflexão da luz solar, que se dispersa para formar o arco-íris.

A organização das cores sempre obedece a estas posições: vermelho na parte mais alta do céu e violeta na parte mais interna, devido ao comprimento de onda e à frequência dessas cores.

Leia também: Qual é a velocidade da luz?

Quais são as cores do arco-íris?

Embora não pareça, o arco-íris na realidade é formado por um espectro de luz chamado luz visível e contém infinitas cores, sem possuir demarcações entre elas.

Espectro eletromagnético da luz, focando na luz visível, com o comprimento de onda visível aos olhos humanos.
Espectro eletromagnético da luz, focando na luz visível, com o comprimento de onda visível aos olhos humanos.

No céu, o arco-íris só pode ser observado quando existir gotículas de água suspensas no ar e o Sol estiver brilhando a uma baixa altitude. Nessas situações, podemos observar sete tons de cores:

  • vermelho
  • laranja
  • amarelo
  • verde
  • azul
  • anil
  • violeta

Essas cores obedecem a uma ordem em relação ao seu índice de refração, à dificuldade de atravessar um meio. Sendo assim, o vermelho possui um índice menor e desvia menos que o violeta, que possui um índice maior e, portanto, refrata mais.

Descoberta do arco-íris

A primeira pessoa a observar e tentar explicar a ciência do arco-íris foi René Descartes, em 1637. Após suas observações, ele tentou replicar esse efeito com uma esfera contendo água, e conseguiu concluir que ele era decorrente de reflexões dentro das gotículas, e que, inclusive, poderia ocorrer uma segunda reflexão, sendo possível observar um segundo arco-íris mais fraco próximo ao arco-íris primário.

Arco-íris duplo sendo formado pela segunda reflexão das gotículas de chuva.
Arco-íris duplo sendo formado pela segunda reflexão das gotículas de chuva.

Após isso, Isaac Newton, estudando a decomposição da luz com prismas, demonstrou que a luz branca era composta por todas as cores do arco-íris, e, ainda, mostrou que a luz vermelha refrata menos que as luzes violeta e azul.

Curiosidades sobre o arco-íris

  • A luz do Sol refletida pela Lua também pode formar arco-íris lunares mais fracos.
  • A dispersão da luz branca, como ocorre no arco-íris, é a responsável por termos um céu azul.
  • A refração da luz branca, como ocorre no arco-íris, é responsável pela cor alaranjada do pôr do sol, já que o caminho que a luz percorre pela atmosfera é maior.
  • O arco-íris não existe realmente, ele é uma ilusão de óptica que ocorre dependendo da posição do observador em relação ao Sol.
  • Para o arco-íris ser formado, o Sol deve estar em uma baixa altitude e com um ângulo pequeno em relação ao observador.
  • O ângulo que os raios de luz fazem ao refratarem-se nas gotículas de chuva é, em media, de 40° a 42° graus, dependendo da frequência de onda da cor.
  • Mesmo que a luz se propague em linha reta, o arco-íris é curvo devido à esses 42° graus formados pelos raios refletidos e refratados.
  • Para ver um arco-íris, você deve estar na direção oposta do Sol, devido à reflexão e refração que a luz faz nas gotículas de água.
  • Não vemos um círculo perfeito no arco-íris devido às limitações da luz ao se esbarrar com o chão. Em lugares altos, é possível ver o círculo completo.

 

Por Gabriela de Oliveira
Professora de Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

OLIVEIRA, Gabriela de. "Arco-íris"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-arcoiris.htm. Acesso em 27 de outubro de 2021.

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