E ai, Povão. Tudo certo? Hoje vamos falar de um fenômeno bem comum, mas que muita gente não entende como funciona. Afinal de contas, o que é um arco-íris? Existe mesmo um pote de ouro no final?
Brincando com a luz
A luz que nossos olhos conseguem captar, ou luz visível, é uma onda eletromagnética. De forma simplificada, ondas eletromagnéticas consistem de oscilações de campos magnéticos e elétricos. As oscilações das ondas geram picos e a distância entre desses picos é chamada de comprimento de onda. Além disso, o número de repetições desses picos num intervalo de tempo (por exemplo, 1 segundo) é chamada de frequência. Por via de regra, quanto maior o comprimento de onda, menor a frequência.
Existem outros tipos de ondas eletromagnéticas que nós, humanos, não conseguimos ver. Por exemplo, as microondas que usamos para esquentar comida, as ondas ultravioletas que causa aquele bronzeamento da pele quando vamos à praia e ainda as ondas infravermelhas que são aplicadas nos termômetros usados para verificar a temperatura de pessoas nessa pandemia de COVID-19. Na verdade, a luz visível é uma parcela muito estreita de ondas eletromagnéticas! Graças a nossa evolução, nós conseguimos interpretar essa região de ondas eletromagnéticas através das cores que estamos acostumados a ver, como vermelho, verde, azul etc.
A luz branca solar é uma mistura de todas as cores do espectro visível da luz. Se você quiser uma provas dessa mistura de cores, basta segurar um CD contra o Sol, o arco-íris que aparece no CD é resultado da separação das cores! Mas pera aí … Como que um CD consegue separar a luz desse jeito?
Quando a luz encontra algum tipo de obstáculo, podem ocorrer três tipos de fenômenos: refração, reflexão e dispersão. A refração consiste na mudança de direção da luz quando ela passa por um meio diferente. Sabe quando você coloca uma colher num copo com água e ele parece dobrar? Quando a luz sai do ar e passa pela água, ela encontra um meio com densidade óptica diferente e acaba perdendo velocidade. O efeito dessa menor velocidade é que o caminho da luz “dobra” dentro da gotícula de água. A mesma coisa acontece quando sai da gotícula de água, ocorrendo uma nova dobra na trajetória do raio de luz.
A luz dentro da gotícula de água sofre uma reflexão interna, ou seja, ela bate na “parede” da água e muda de direção para sair. Podemos pensar nisso como se a parede de água fosse um espelho, onde a luz bate e volta. Outro fenômeno físico envolvido nesse processo é a dispersão da luz.
A luz Solar pode passar por uma gotícula de água de muitas formas. Isso ocorre porque o Sol é tão grande que a luz que ele emite pode ir em todas as direções; por cima, de frente, em ângulo por cima e incontáveis outras formas. O resultado desse fenômeno é que diferentes raios de luz podem passar pelas gotículas de água com caminhos diferentes e, consequentemente, eles sofrem refração e reflexão em ângulos diferentes. Além disso, a luz azul refrata muito mais que a luz vermelha; na verdade cada cor do espectro visível da luz refrata de uma forma diferente! É justamente essa diferença que separa os componentes da luz branca do Sol nas cores que vemos no arco-íris. Um exemplo clássico dessa separação pode ser vista numa das melhores obras de arte já criadas pela humanidade:
A Física do arco-íris
O arco-íris é um fenômeno meteorológico bem comum que ocorre quando a luz solar atinge gotículas de água dispersas no ambiente. Geralmente, podemos visualizar os arco-íris como semi-círculos no céu, mas eles também podem aparecer em diferentes formas, como em formato de “V”, duplos (um acima do outro e com cores invertidas) e até como círculos completos. Na verdade, o arco-íris não é um arco, mas um círculo completo. O que acontece é que não conseguimos ver tudo por causa do horizonte (a Terra não é plana, ok?) e também pelo fato da luz não passar pelo chão e refratar em gotículas de água por lá. Quem já viajou de avião e teve a sorte de ver um arco-íris provavelmente conseguiu ver o círculo completo.
Os fenômenos responsáveis por criar o arco-íris são a refração, a reflexão e a dispersão que falamos anteriormente. Talvez o tipo mais comum de arco-íris seja aquele formado logo após uma chuva, quando o Sol aparece logo em seguida. Mas também existe outros tipos, por exemplo formado em neblina e em cachoeiras. Quem já visitou cachoeiras já pode ter visto um arco-íris se formar momentaneamente quando o spray de gotículas de água bate na superfície!
Os requisitos para formar um arco-íris são gotículas de água suspensas no ar e luz do Sol vindo de trás do observador incidindo sobre a água. Parece simples, não é? Para formar um arco-íris, os raios de luz precisam passar e pelas gotículas de água num ângulo de aproximadamente 42 graus em nosso campo de visão. E tem mais uma coisa: não existe UM arco-íris. Cada um de nós observa um arco-íris diferente no céu, ou seja, a formação de um arco-íris é um fenômeno físico subjetivo pois depende do nosso campo de visão. Se você está vendo um arco-íris, as pessoas próximas também podem vê-lo, mas de uma forma diferente para cada um. Ou seja, a sua posição que diz onde o arco-íris vai aparecer!
O arco-íris também não está em um lugar específico, ele está nos seus olhos apenas. Isso ocorre pois os arco-íris aparecem num determinado ângulo no seu campo de visão. Se você se mover ele também irá junto, como se estivesse te seguindo. Quer apostar? Tenta correr atrás de um arco-íris da próxima vez que você encontrar um! Vai parecer que você está correndo atrás da sua sombra. Quanto mais você corre, mais o arco-íris se afasta de você, se mantendo na mesma posição aparente. É isso que eu chamo de padrão de beleza impossível de alcançar!
Autor
Membro do Ciência Povão
Marcos V. Santana
Farmacêutico
Mestre e Doutor em Ciências e Biotecnologia
Referências:
https://www.physicsclassroom.com/class/refrn/Lesson-4/Rainbow-Formation
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/formacao-um-arco-iris.htm
https://sites.ifi.unicamp.br/laboptica/curiosidades-2/arco-iris/
Vídeo do VSAUCE sobre arco-íris: https://www.youtube.com/watch?v=7k85eD_tQZo
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