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Como a luz do sol e as gotas de chuva criam um dos fenômenos mais belos e curiosos da natureza por meio da refração e dispersão
O arco-íris é um dos fenômenos mais populares da natureza. Ele aparece após a chuva, desperta curiosidade e já foi retratado em músicas, filmes e até contos sobre potes de ouro. Mas o que realmente está por trás dessa imagem colorida que vemos no céu?
O papel do prisma na separação da luz
A formação do arco-íris começa com um conceito simples: o comportamento da luz ao atravessar um prisma. Um prisma é um pedaço de vidro ou plástico com forma triangular.
Quando a luz branca entra nesse prisma, ela é separada em várias cores. Esse fenômeno é resultado do índice de refração do material, ou seja, o quanto a luz se curva ao passar de um meio para outro.
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O processo começa quando a luz entra em um dos lados do prisma. Devido ao índice de refração do vidro ser diferente do ar, a luz se curva — o que chamamos de refração.
À medida que segue dentro do prisma, a luz é dividida em várias cores. Isso é conhecido como dispersão.
Refração e dispersão: as chaves do arco-íris
A refração acontece quando a luz muda de direção ao passar de um meio para outro. No caso do prisma, a luz entra pelo ar, atravessa o vidro e, por isso, muda de direção.
A dispersão ocorre logo depois: cada cor da luz branca se curva em um ângulo diferente.
As cores da luz branca são separadas conforme seus comprimentos de onda. A luz vermelha, com o maior comprimento de onda, curva-se menos.
A violeta, com o menor comprimento de onda, curva-se mais. É isso que forma o famoso espectro colorido que conhecemos como arco-íris.
As sete cores do arco-íris
O arco-íris tem sete cores principais. Elas são, na ordem: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.
Para lembrar da sequência, muitos usam a sigla “Roy G. Biv”, que corresponde às iniciais dos nomes das cores em inglês.
Essas cores não são inventadas ou artificiais. São as cores reais que compõem a luz visível aos olhos humanos, separadas por meio da dispersão.
As gotas de chuva como pequenos prismas
Na natureza, o fenômeno do arco-íris acontece sem a presença de prismas artificiais. Em vez disso, as gotas de chuva desempenham o papel dos prismas.
Quando a luz solar atinge uma gota de água, ela entra, se curva e reflete no interior da gota antes de sair.
Esse processo dentro das gotículas é o mesmo observado em um prisma: refração, reflexão e dispersão. A combinação dessas ações em milhões de gotas forma o arco-íris visível no céu.
A geometria do arco no céu
A formação do arco-íris depende também de ângulos específicos. A luz vermelha sai das gotas em um ângulo de 42 graus. A luz violeta sai em um ângulo ligeiramente menor, de 40 graus.
Essas pequenas diferenças de ângulo, multiplicadas por milhões de gotas de chuva, produzem o formato circular do arco-íris. No entanto, normalmente só vemos parte do círculo, já que o chão bloqueia a visão completa.
O fenômeno do arco-íris duplo
O arco-íris duplo é uma variação interessante. Ele ocorre quando a luz reflete duas vezes dentro das gotículas de água. O segundo arco aparece do lado de fora do primeiro e tem as cores invertidas.
Esse fenômeno é mais raro e depende do tamanho exato das gotículas. Quando acontece, é um espetáculo adicional da mesma ciência da luz.
O arco-íris como ilusão de ótica
Apesar de parecer um objeto físico, o arco-íris é, na verdade, uma ilusão de ótica. O que vemos são feixes de luz refletidos em ângulos específicos.
A imagem só é visível de certos pontos de observação, e muda de acordo com a posição do observador.
Nossos olhos captam a luz visível e o cérebro interpreta isso como faixas de cores. A formação depende da presença simultânea de sol e chuva e da posição correta entre o observador, o sol e as gotas d’água.
A estrutura da luz
Por fim, a explicação física envolve os fótons — partículas que formam a luz. Essas partículas também se comportam como ondas.
Quando essas ondas encontram um meio diferente, como água ou vidro, elas se curvam.
Esse comportamento da luz, em sua forma de fótons e ondas, é o que torna possível a refração e a dispersão — e, consequentemente, o arco-íris.
Um símbolo e uma maravilha da física
Além de ser um fenômeno óptico fascinante, o arco-íris tem significado simbólico em várias culturas. Em muitos lugares, ele é visto como um sinal de esperança e renovação.
Mas, antes de tudo, é um exemplo claro de como a física e a natureza se combinam para criar algo belo e preciso.
A próxima vez que você vir um arco-íris na natureza, lembre-se: o espetáculo colorido é obra da luz, das gotas de chuva e de ângulos perfeitos no céu.
Com informações de Howstuffworks.
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