Antes de entrar en los conceptos físicos que explican la formación de este precioso efecto óptico, sería bueno conocer la procedencia de su nombre: Arco Iris.
El Arco Iris es un fenómeno óptico muy espectacular que une el cielo y la tierra cuando el sol ilumina una cortina de agua bajo una serie de condiciones. En ese momento se produce los fenómenos de refracción y reflexión de los rayos solares en las gotas de agua y muestran los colores del espectro de la luz blanca de forma ordenada. La mitología griega personificó esa unión Cielo-Tierra que realiza el Arco Iris por medio de una joven diosa alada y veloz, llamada Iris, hija de los dioses Taumante y Electra. La etimología del nombre de esta diosa deriva del verbo eire, anunciar, al ser considerada como la mensajera de los dioses, en la mayoría de los casos al servicio de Zeus, y muy particularmente bajo las órdenes de Hera, aunque en ocasiones pudiera servir de intermediaria para transmitir mensajes a los seres humanos de otros dioses o héroes.
Es importante destacar que este fenómeno óptico recibe otros nombres en España como Arco de la Vieja (islas Canarias), Arco de San Juan (zona de Aragón), Arc de San Martí (Cataluña e islas Baleares) o Arco del Señor (en amplias zonas de Castilla-La Mancha).
En una antigua danza celta, llamada Danza de la Espada, los bailarines terminaban con estas palabras:
"¡Qué el arco iris brille en tu frente!
¡Qué el arco iris brille!"
La formación de un Arcos Iris es un ejemplo muy familiar para todo el mundo de lo que se conoce como Dispersión de la Luz por Refracción en las gotas de agua de la lluvia. La figura inferior es un diagrama explicativo de René Descartes (1596 - 1650) de este fenómeno en su libro Discurso del Método (1637). En él se muestran los rayos solares paralelos que entran en una gota de agua esférica. En primer lugar, los rayos de luz se refractan al entrar en la gota. Luego se reflejan en la superficie posterior agua-aire, y finalmente, se refractan de nuevo cuando el rayo de luz sale de la gota de agua.
Como se muestra en la figura, el ángulo que forman los rayos emergentes y el rayo horizontal (rayo 1) alcanza su máximo valor sobre el rayo 7 y después empieza a decrecer. En el diagrama puede observarse un grupo de rayos concentrados que emergen con un ángulo muy próximo al máximo. Es esta concentración de rayos, próximos al ángulo máximo, los responsables de la formación del Arco Iris. Empleando la Ley de la Refracción, René Descartes demostró que este ángulo máximo tiene un valor próximo a 42 grados. Esto significa que si queremos observar un Arco Iris debemos:
1. Situarnos entre el Sol y las gotas de agua.
2. Mirar las gotas de agua con un ángulo de 42 grados respecto de la línea que une el Sol con las gotas.
¿Y la separación de colores en el Arco Iris?... Se debe a que el índice de refracción del agua depende ligeramente de la longitud de onda de la luz. Por tanto, el radio angular del arco también dependerá, pues, ligeramente de la longitud de onda de la luz. El Arco Iris formado está constituido por los rayos de luz procedentes de múltiples gotas de agua, como se observa en la figura:
El color que se observa en cada radio angular corresponde a la longitud de onda de la luz que permita alcanzar el ojo humano viniendo desde las gotas con ese radio angular. Como el índice de refracción del agua es menor para la luz roja que para la luz azul, la parte roja del Arco Iris está situada con un radio angular ligeramente mayor que la parte azul del mismo, por ello el color rojo se encuentra en la parte superior del Arco Iris.
El resultado de todos estos procesos físicos son las hermosas imágenes que todos conocemos...
Hay que tener en cuenta que cuando un rayo de luz incide sobre una superficie que separa el agua y el aire, parte de la luz se refleja y parte se refracta. Esto se traduce en la aparición de un Arco Iris Secundario a partir de los rayos de luz que se reflejan dos veces dentro de la gota de agua como se observa en la figura.
El Arco Iris Secundario tiene un radio angular de 51 grados y su secuencia de colores es la inversa de la que tiene el Arco Iris Primario, es decir, el color violeta se encuentra en la parte exterior. Como la fracción de luz reflejada en la superficie agua-aire es pequeña, el Arco Iris Secundario es más tenue que el Arco Iris Primario.
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1. Situarnos entre el Sol y las gotas de agua.
2. Mirar las gotas de agua con un ángulo de 42 grados respecto de la línea que une el Sol con las gotas.
¿Y la separación de colores en el Arco Iris?... Se debe a que el índice de refracción del agua depende ligeramente de la longitud de onda de la luz. Por tanto, el radio angular del arco también dependerá, pues, ligeramente de la longitud de onda de la luz. El Arco Iris formado está constituido por los rayos de luz procedentes de múltiples gotas de agua, como se observa en la figura:
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| Arco Iris en Órgiva, febrero de 2015 |
El Arco Iris Secundario tiene un radio angular de 51 grados y su secuencia de colores es la inversa de la que tiene el Arco Iris Primario, es decir, el color violeta se encuentra en la parte exterior. Como la fracción de luz reflejada en la superficie agua-aire es pequeña, el Arco Iris Secundario es más tenue que el Arco Iris Primario.
En el siguiente vídeo se puede ver la forma de producir un arco iris de manera simple y rápida.
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