El Arco Iris
A quien le guste la Naturaleza, no podrá evitar maravillarse cada vez que vea un Arco Iris.
Todos tenemos en el recuerdo, sobre los 10 años de edad, aquella vaga idea de los colores del Arco Iris y el prisma de cristal. Los filósofos anteriores a Newton pensaban que la luz blanca era absolutamente pura y que todos los colores conocidos se producían cuando algún medio la adulteraba. Un poco de suciedad producía el rojo y en grandes cantidades el azul.
Newton, mucho más detallista, vio que la luz coloreada era la misma sin importar la zona del prisma por la que pasase y concluyó que el blanco no era el color puro, sino que la luz coloreada era la pura. Es más, parecía ser que la luz blanca estaba compuesta de todos los demás colores, como manifestaba el hecho que se producía en el arco iris al pasar a través del prisma de cristal.
¿Por qué la luz se divide en colores al atravesar un prisma de cristal? Pues porque cada color es una frecuencia diferente en la onda de propagación, y cada frecuencia se refracta en diferente ángulo. De ahí que los colores se separen. La luz blanca es una mezcla de todos.
En primer lugar hemos de situar el Sol y la lluvia. Para ver el Arco Iris sea visible, el Sol debe estar a nuestra espalda y la lluvia o nube frente a nosotros. La luz incide en la parte superior de las gotas de agua, rebota con la pared más alejada de nosotros de las mismas y finalmente sale de ellas hacia nuestros ojos. Se ve muy bien en los siguientes dibujos.
Ahora queda la pregunta de la forma. ¿Por qué tiene forma de arco? ¿Circunferencia, parábola, elipse, otra?
Si 2 puntos definen una recta, tomemos aquella que unen al observador y al Sol fijos y giremos todo el experimento alrededor de ella. Al girar sobre ese eje nos sale una circunferencia. El problema es que nos encontramos con el suelo y los rayos de luz, en vez de circunferencia, quedan en el clásico arco observado habitualmente. Lo podéis ver en el dibujo siguiente.
No obstante, si vamos en un avión y tenemos una nube por debajo, podemos observar la circunferencia que forma.
Pero también podemos ver que este fenómeno no sólo se da visto desde los aviones, sino desde tierra firme también lo podemos encontrar como en esta espectacular imagen.
Hasta aquí parece que ya está todo explicado, pero viene la segunda pregunta: ¿por qué se ve a veces un segundo arco más arriba y con los colores invertidos? Por ejemplo, en la imagen siguiente.
Al principio, hemos dicho que el rayo incidía, rebotaba una vez en la parte posterior de la gota y salía hacia nuestros ojos, pero si entra, rebota dos veces en la pared posterior, finalmente sale el rayo lo hará con mayor inclinación (por lo que lo veremos más alto que el primero), y con los colores invertidos debido a que el orden cambia a cada reflexión.
Podrían verse más, pero la intensidad es tan pequeña que la luz ambiental hace que no se vean. No obstante, en un laboratorio se ha idealizado con una esfera repleta de agua y con las paredes muy finas (para evitar efectos de borde), y con iluminación láser se han podido ver hasta nada menos que 12 rebotes.
El primero en modelizar el Arco Iris por el reflejo del Sol en las gotas de lluvia siendo esferas fue Descartes, quien lo publicó en su famoso libro “El Discurso del Método”. Descartes nunca se levantaba antes del mediodía. Esto puede hacer parecer que fuera un holgazán, y eso mismo es lo que pensó la gente de su tiempo que le rodeaba. Esto le hizo ganarse la reputación de perezoso. No obstante, revolucionó los campos de la física, las matemáticas y la filosofía. No está mal para un holgazán perezoso, ¿no?.
Así que recuerda: si quieres pasar bajo el Arco Iris, ponte un impermeable, ya que puedes encontrarte con la lluvia.
Fuentes:
“El arco iris de Feynman”, Leonard Mlodinow
“Quarks, chiflados y el Cosmos”, Jeremy Bernstein
http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/fisicaInteractiva/color/arcoIris/ArcoIris_Descartes.htm
http://www.extrospection.com/archives/2003/10/circular_rainbow.html
http://www.jal.cc.il.us/~mikolajsawicki/rainbows.htm
http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/arco-iris-doble.html
http://cfa-www.harvard.edu/newtop/previous/070300.html
http://www.fotonatura.org/galerias/foto.php?id_foto=66832&id_galeria=1786