Arco-Íris e Dispersão da Luz

O arco-íris 

É um fenômeno ótico causado pela refração da luz solar nas gotas de água (chuva) presentes na atmosfera. A refração divide a luz solar, branca, em espectros coloridos que caracterizam o arco-íris.Todos os objetos apresentam um determinado índice de refração e as gotas de chuva também. Elas funcionam como se fossem um prisma natural, mas precisam ter um tamanho e formato certos para formar o arco-íris.O mesmo fenômeno pode ser reproduzido em outras situações através da refração de luz por um prisma de vidro.A refração é o processo de desvio do feixe de luz que, ao passar de um meio material para outro (o ar, para a água da gota de chuva) sofre um atraso. Um lado da onda de luz desacelera primeiro que o outro, causando a separação das cores de acordo com a frequência. É isso que a gota de chuva faz com a luz. Ao passar do meio material do ar, para a água da gota de chuva, a luz sofre uma refração, desvia no interior da gota e depois sofre uma nova refração ao sair da gota de chuva.

Por que um arco?

Mas, se fosse só isto, veríamos então, ao invés de um arco-íris, vários feixes de luz colorida (com cada gota de chuva refletindo todas as cores do arco-íris: laranja, amarelo, vermelho, verde, anil,azul e violeta) e não todos eles arrumadinhos formando um arco.A questão é que, quando a gota de chuva refrata a luz solar, as cores vão se separando de acordo com sua frequência em ângulos diferentes com relação ao observador. Desta forma, apenas uma cor estará posicionada em um ângulo visível ao observador. E da mesma forma, todas as outras gotas ao redor desta, refratarão a mesma cor em direção ao observador, formando uma faixa larga de determinada cor que caracteriza o arco-íris.Exemplificando: você está observando o arco-íris. A cor que você vê por cima, o vermelho, está sendo refratada por várias gotas de chuva que estão na mesma altura. Logo abaixo do vermelho, você vê a cor laranja, que está sendo refratada por gotas de chuva que estão logo abaixo das que estão refratando a cor vermelha e assim sucessivamente. Isso porque, as gotas de cima estão em um ângulo que permite que a cor vermelha seja refratada direto para você, enquanto as outras cores passam por baixo de seu campo de visão (ou por cima, dependendo da cor).

A Dispersão da Luz Branca

A dispersão é um fenômeno óptico que consiste na separação da luz branca, ou seja, separação da luz solar em várias cores, como as do arco-iris, cada qual com uma frequência diferente. Esse fenômeno pode ser observado em um prisma de vidro, por exemplo.O célebre físico e matemático Isaac Newton, observou esse fenômeno e no ano de 1672 publicou um trabalho, no qual apresentava suas ideias sobre a natureza das cores. A interpretação sobre a dispersão da luz e a natureza das cores, dada por Isaac Newton, é aceita até hoje, fato esse que não ocorreu com o modelo corpuscular da luz elaborado por esse mesmo cientista.Esse fenômeno ocorre em razão da dependência da velocidade da onda com a sua frequência. Quando a luz se propaga e muda de um meio para outro de desigual densidade, as ondas de diferentes frequências tomam diversos ângulos na refração, assim sendo, surgem várias cores.Newton não foi o primeiro a perceber esse acontecimento. Muito antes dele já se tinha o conhecimento que a luz branca, ao atravessar um prisma com densidade diferente a do ar, originava feixes coloridos de maior ou menor intensidade. Antes de Newton, acreditava-se que a luz, oriunda do Sol, era pura e que o surgimento das cores ocorria em razão das impurezas que o feixe de luz recebia ao atravessar o vidro.Isaac Newton trabalhou no polimento de peças de vidro e obteve um prisma retangular com o qual realizou um experimento que ele já tinha conhecimento. Newton descreveu seu procedimento experimental da seguinte forma: “(...) tendo escurecido o meu quarto, fiz um pequeno orifício na janela, de modo a deixar penetrar uma pequena quantidade conveniente de luz solar. Coloquei o prisma em frente ao orifício, de maneira que a luz, ao se refratar, indicasse na parede oposta. Foi um agradável divertimento observar as intensas e vivas cores ali projetadas (...)”. Dessa forma esse cientista utilizou, pela primeira vez, o vocábulo spectrum para fazer referência ao conjunto de cores que tinham se formado.

Difração

Newton não concordava com a ideia de que a luz era pura e que a cores se formavam em virtude de impurezas que eram acrescentadas a ela. Crendo que essa ideia era falsa, ele realizou outro experimento para mostrar que esse pensamento estava incorreto. O que ele fez foi fazer com que apenas uma das cores passasse através de um segundo prisma, também de vidro. Feito isso, percebeu que o feixe luminoso não sofria nenhuma alteração e, dessa forma, constatou que um prisma não acrescentava nada ao feixe luminoso que passa através dele.Mas ainda faltava uma explicação concreta para esse fenômeno. Assim ele lançou a hipótese de que a luz não era pura, mas sim formada pela superposição ou mistura de todas as cores do espectro. E ao passar por um prisma de vidro sofria o fenômeno da difração, que é a decomposição da luz branca em várias cores. Ainda hoje essas ideias de Newton são aceitas e amplamente apresentadas.

Fonte: https://www.infoescola.com/meteorologia/arco-iris/