PROYECTO

EL ARCOIRIS

Objetivo

Conocer cómo se forma el arcoíris a través de la descomposición de la luz,

llamada refracción, de manera que se den respuesta a las preguntas: ¿Cómo se

forma el arcoíris?, ¿Por qué tiene forma de arco?, ¿Cuáles son los colores que lo

conforman?

EL ARCOIRIS

Introducción

Los arco iris han despertado la imaginación a lo largo de la Historia, y

normalmente se los cargaba de significado religioso debido a su aparición

periódica en el cielo. No se llegó a una explicación científica hasta finales del siglo

XVII. Isaac Newton demostró que cuando un haz de luz era refractado a través de

un prisma de cristal, se descomponía en un espectro de colores. Así dedujo

correctamente que la luz blanca era la combinación de todos los colores en el

espectro visible. Esta separación de la luz en los colores que la conforman recibe

el nombre de descomposición de la luz blanca.

El arcoíris es uno de los fenómenos naturales más encantadores, además, su

naturaleza es en realidad muy simple y fácil de comprender aunque esto no

significa que sean menos interesantes. De cualquier manera, todos hemos visto

un arcoíris alguna vez y de igual modo, todos supimos admirar fascinados esos

hermosos colores y esa particular forma arqueada, así como hacernos varias

preguntas sobre ambos aspectos. ¿Alguna vez te has preguntado por qué el

arcoíris tiene forma de arco?

Básica y sencillamente, un arcoíris es un arco de luz separado en diferentes

secciones de color que, dispuestos en forma paralela, aparecen cuando los rayos

del sol se reflejan y refractan en el agua. Con mucha frecuencia, este fenómeno se

produce cuando el agua del rocío o de las pequeñas gotas de lluvia en el aire,

hacen el inevitable contacto con la luz en los rayos solares..

¿Qué es el arcoíris?

El Arcoíris es un fenómeno óptico y meteorológico que produce la aparición de un

espectro de luz continuo en el cielo cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas

partículas de humedad contenidas en la atmósfera terrestre. La forma es la suma

de un arco multicolor con el rojo hacia la parte exterior y el violeta hacia la interior.

Menos frecuente es el arco iris doble, el cual incluye un segundo arco más tenue

con los colores invertidos, es decir el rojo hacia el interior y el violeta hacia el

exterior.

Los colores que pueden apreciarse en el arcoíris son rojo, anaranjado, amarillo,

verde, azul, añil (o índigo) y violeta. Estos colores son los de la gama que

compone la luz blanca del sol, algo que sabemos gracias al gran Newton.

Entonces podemos decir que el arcoíris es un arco multicolor de luz que puede

verse en el cielo, es un fenómeno óptico.

El arco iris está causado por gotas de

agua en el aire. Suele verse en el cielo

en la dirección opuesta al Sol, cerca

de zonas con lluvia o de agua

pulverizada en las cascadas, que

descompone la luz blanca en sus colores. En el arco más brillante, el primario, que

muchas veces es el único visible, los colores tiene el rojo en su lado externo.

Sobre este arco perfecto hay otro secundario donde los colores están en orden

inverso. Este arco es más apagado porque se produce tras una reflexión doble en

el interior de las gotas.

Cuando un rayo de Sol pasa por una gota de agua, se desvía (se refracta) y se

refleja en su interior de tal forma que aparece un espectro de colores. Sin

embargo, sólo pueden verse cuando el ángulo de reflexión entre el Sol, la gota de

agua y la línea de visión del observador se sitúa entre 40° y 42°.

¿Qué es la refracción de la luz?

Cuando observamos el lápiz partido dentro de un vaso con agua, concluimos que

hay un fenómeno físico que nos debe dar la explicación a lo que estamos viendo,

este es la refracción de la luz, fenómeno que experimentan todas las ondas al

cambiar de medio de propagación, en este caso del aire al vidrio y del vidrio al

agua.

La luz que viaja sin encontrar nada en su camino lleva una sola dirección. Pero

cuando la luz pasa del aire, a algo transparente como el agua o el vidrio, se

refracta, es decir, su dirección cambia. Esto ocurre porque la luz viaja a distinta

velocidad a través de diferentes medios.

El pequeño Larousse en color, 1997, p.863, define a la refracción como “cambio

de direción de una onda al pasar por un medio a otro”, asimismo, conceptualiza a

la “…refracción de un rayo luminoso al pasar de un medio A, a un medio B

obedece a dos leyes:

1º. El rayo incidente IO, el rayo refractado OR y la normal NON´ a la superficie de

separación están en un mismo plano.

2º. La relación entre el seno del ángulo de incidencia i y el seno del ángulo de

refracción r es constante y se denomina índice de refracción del medio B respecto

al medio A.

Cuando la luz pasa a través de gotas de lluvia o de un pedazo de vidrio, se

refracta y se separa en colores.

Este fenómeno se puede comprobar empleando un prisma óptico. Un prisma

óptico es cualquier medio transparente limitado por dos caras que se cortan.

Cuando un yaro luminoso atraviesa un prisma se produce una desviación en su

dirección. Las imágenes producidas por un prisma son virtuales y siempre están

desplazadas hacia su base:

Los rayos de luz al incidir sobre una superficie o medio de propagación diferente

experimentan una desviación. En este caso sería del aire al prisma y nuevamente

al aire, donde recuperan su dirección.

Cuando el rayo de la luz que atraviesa el prisma es monocromático (de un solo

color) y se refracta en las dos caras del prisma no se descompone, apareciendo

un rayo desviado, pero del mismo color.

Sin embargo, cuando el rayo de la luz que atraviesa el prisma es de luz blanca, el

rayo refractado es una banda vertical de siete colores. En el extremo superior se

situará el color rojo, y en el inferior, el violeta. Los siete colores en que se

descompone la luz blanca son: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. El

proceso por el cual la luz blanca se fragmenta y descompone en estos siete

colores se llama dispersión.

El proceso inverso es también cierto, es decir, la

superposición de estos siete colores da como

resultado el blanco, tal como comprobó Isaac

Newton con su experimento

con el disco que lleva su

nombre. El disco de

Newton está formado por

una circunferencia dividida

sectorialmente en los siete colores, de modo que al hacerlo girar a gran velocidad

se ve el color blanco:

¿Cómo se produce el fenómeno del Arcoíris?

Como ya se ha mencionado, uno de los fenómenos más hermosos de la

naturaleza es el arco iris. El cómo se produce, tiene una explicación desde la física

similar a lo que sucede con el prisma:

Cuando la luz blanca del sol es interceptada por

una gota de agua en la atmósfera, parte de la luz

se refracta dentro de la gota, se refleja desde la

superficie interior de la gota, y luego vuelve a refractarse hacia fuera a la

atmósfera.

Como con un prisma, la primera refracción separa la luz del sol en sus

colores componentes, y la segunda refracción incrementa la separación, el

resultado de esto es el arco iris.

Dicho de otra manera, cuando la luz del Sol atraviesa las gotitas de agua de las

nubes o las gotas de lluvia que caen, se producen efectos ópticos muy

interesantes y bonitos. Cuando nos situamos de espaldas al Sol y vemos el arco

iris en las gotas de lluvia, los

rayos del Sol han recorrido un

camino muy complejo. Al

atravesar las gotas, la luz se

refracta y dispersa en los

colores que la componen.

Parte de la luz que penetra en

la gota se refleja, lo que nos

permite ver los diferentes

colores que forman el arco iris. Pero si miramos hacia el Sol a través de una capa

fina de nubes que contengan gotas de agua de tamaño relativamente uniforme,

podemos ver la corona y un color iridiscente. Esto hace posible que el arco iris sea

visible para nosotros, que no solemos encontrarnos exactamente entre el Sol y la

lluvia. De manera que siempre, si nos colocamos de frente a un arco iris, el Sol

estará detrás de nosotros.

Cuando la luz pasa alrededor de las diminutas gotitas esféricas se producen

interferencias o difracciones con bandas de color alternas. Las coronas se ven

mejor con la luz de la Luna que con la del Sol; no sólo porque sea peligroso mirar

directamente al Sol, sino porque su resplandor mitiga el efecto de la corona. La

iridiscencia aparece en formas irregulares de color en las nubes medias próximas

al Sol o la Luna. De hecho, es una corona imperfecta, pues se forma por el mismo

proceso de difracción de la luz en las gotitas de agua. Carece de la simetría de la

corona y por eso aparece en formas irregulares o bandas de color.

Los colores que pueden apreciarse en el arcoíris son exactamente los mismos que

se generan con el prima, los cuales son: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul,

añil (o índigo) y violeta. Estos colores son los de la gama que compone la luz

blanca del sol, algo que sabemos gracias al gran Newton. Entonces podemos

decir que el arcoíris es un arco multicolor de luz que puede verse en el cielo, es

decir, es un fenómeno óptico.

OPTICA

La Óptica se encarga de

estudiar el comportamiento de

la luz. Es, también, una de las

ramas más antiguas: los

fenómenos de reflexión y

refracción se conocen desde

la antigüedad, y genios como Newton dedicaron grandes esfuerzos a su estudio.

La historia de la óptica cambió radicalmente con Maxwell, que relacionó la luz con

las ondas electromagnéticas, dando lugar a la óptica física.

¿Dónde nace el arcoíris?

Cuenta la leyenda que en el nacimiento del arco iris hay un duende, y que este

duende custodia un

tesoro que será para

aquel que sea capaz de

encontrar su

nacimiento, pero

realmente ¿crees que

podrías llegar alguna

vez al nacimiento del arco iris?

Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia, éstas se encargan de

dispersarla en todas direcciones, pero en unas mucho más que en otras. Los

rayos de sol salen de las gotas de agua con un ángulo de aproximadamente 138

grados respecto a la dirección que llevaban antes de entrar en ellas, es decir, que

no se refleja exactamente hacia su origen. Este es el "ángulo del arco iris",

descubierto por René Descartes en el año 1637, y gracias a él podemos verlo

aunque no nos encontremos exactamente entre el arco iris y la lluvia.

Un rayo de luz solar al entrar en una gota cambia su dirección tres veces, al entrar

se refracta ligeramente, después en la cara interna de la misma, y finalmente al

salir de la gota en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible

porque el índice de refracción en la gota (que indica la velocidad a la que se

mueve la luz) es ligeramente diferente para cada color.

La luz solar emerge de muchas gotas al mismo

tiempo. El efecto combinado es un mosaico de

pequeños destellos de luz distribuido como un arco en

el cielo.

Los diversos tamaños y formas de las gotas afectan la

intensidad de los colores del arco iris. Gotas

pequeñas hacen un arco iris pálido y de colores con

tonalidades pastel, mientras que gotas grandes

producen colores muy vivos. Además las gotas grandes son aplastadas por la

resistencia del aire mientras caen, esta distorsión provoca que el "final" del arco

iris tenga colores más intensos que la cresta, quizás sea este el origen de la

leyenda que sugiere la existencia de una olla de

oro resplandeciente en el final del arco iris.

La forma del Arcoíris

Cuando vemos el arcoíris en realidad estamos viendo la mitad del mismo y este no

tiene forma de arco sino circular, nosotros solo vemos la mitad de ese círculo, es

decir un semicírculo o un arco. La razón por la que vemos solo una de las mitades

que forman el círculo del arcoíris es la forma de la Tierra.

Así de simple, nuestra visión es bloqueada por la Tierra y por eso no podemos ver

ni dónde comienza ni donde termina tampoco (quizás por eso tampoco nadie ha

encontrado al enano con la olla de oro, ¿no?). Nuestra visión es interceptada por

el horizonte, metiéndose en medio del camino no logramos ver el círculo en su

totalidad.

No obstante, sí es posible ver un arcoíris completo bajo determinadas

circunstancias, por ejemplo en los vuelos, hay mucha gente durante los vuelos en

avión han podido ver los coloridos círculos por completo. Si se alcanzan grandes

elevaciones nuestro

campo de visión se

expande pues el

horizonte está más

lejos y es más difícil

que bloquee la visión.

Experimento

Para este pequeño experimento necesitamos algunos materiales que podemos

encontrar rápidamente en casa, tales como:

Un día soleado (No depende de nosotros, pero paciencia. El sol siempre sale

para todos)

Agua (Del caño, no la tomaremos)

Una bandeja o tina para poner agua (Pedirle a mamá, no cogerla sin permiso: se

puede enojar)

Un espejo (Pedirle a mamá o papá que nos ayude a manipularlo puede quebrarse

y nos podemos hacer daño)

Papel blanco (un hoja Bond o cualquiera, no importa si está escrita)

Después de conseguir todos los materiales, manos a la obra:

Llenamos la tina con agua, teniendo cuidado de no regar, debemos recordar que

el agua es muy valiosa.

El espejo (que le pedimos a mamá) lo metemos dentro de la tina, de tal forma que

el sol se refleje en el (Recomendación: No mirar directamente el sol, es dañino

para nuestra salud)

Ahora cogemos la hoja de papel y la ponemos frente del espejo (No debe mojarse)

para que el sol se refleje en el papel.

Y listo! Ahora tenemos nuestro propio arcoíris, ahora a buscar nuestra olla de oro

(Esto último es una broma, je je je je je, recuerden que esto tiene una explicación,

la cual se dió durante el desarrollo del proyecto).

Conclusión

Un arco iris ocurre cuando las gotas de lluvia y los rayos del sol se atraviesan. La

luz del sol está compuesta de todos los colores, los cuales mezclados producen

iluminación. Cuando la luz del sol penetra las gotas de agua, se refleja en las

superficies interiores. Mientras pasa a través de las gotas, la luz se separa en sus

colores que la componen, lo que produce un efecto muy similar al de un prisma. Y

por un instante, cada gota de lluvia destella sus colores al observador, antes que

otra gota de lluvia tome su lugar.

Un arco iris se puede observar en la dirección opuesta del sol. La luz del arco iris

es reflejada al ojo, a un ángulo de 42 grados en relación con el rayo de sol. La

forma de arco, es parte del cono de luz que es cortado por el horizonte. Si uno

viaja hacia el extremo de un arco iris, éste se moverá adelante de nosotros,

manteniendo su forma. Por lo tanto, no hay realmente un final en un arco iris, ni

tampoco una hoya llena de oro esperándole allí.

Debido a que el ángulo de inclinación de 45 grados es medido desde el ojo de

cada observador, no

hay dos personas que

vean exactamente el

mismo arco iris. Cada

persona se encuentra

en el centro de su

propio cono de luz. Desde el punto panorámico del alto de una montaña o de un

avión, se puede observar en ciertas ocasiones, un circulo completo del arco iris.

Interesante, ¿verdad? ¿Alguna vez has podido ver un arcoíris completo?

¿Conoces a alguien que haya podido?

Bibliografia:

1.- Física I, Resnick, Holliday, Krane 5a. Ed. CECSA

2.- Física I, Wilson 2da. Ed. Prentice Hall

3.- El pequeño Larousse en color. Diccionario enciclopédico, 1997.

4.- Programa de apoyo académico III Milenium, Adaptada al Sistema Educativo

Nacional, Tomo 7, p. 55-56.

Referencias electrónicas

1.- http://64.76.188.122:81/editordata/0/Optica_fisica/Optica_fisica.html

2.- http://loquenoves5.wordpress.com/2011/05/10/otro-efecto-la-refraccion/

3.- http://www.astromia.com/fotostierra/arcoiris.htm

4.- http://www.ojocientifico.com/4084/por-que-el-arcoiris-tiene-forma-de-arco

5.- http://www.xn--experimentosparanios-l7b.org/experimento-arcoiris-casero/