Curiosidades... ¿Cómo se forma el arcoiris?

Un arco iris aparece en el cielo gracias a la refracción y la reflexión de la luz solar en las gotas de agua originadas por la lluvia. Como resumen se podría decir que es una banda luminosa que presenta diferentes colores por la descomposición de la luz. Cuando lo observamos, se ve que tiene forma de arco, de ahí su nombre, aunque realmente tiene forma circular, a pesar de que no puede verse completo a no ser que nos situemos en una zona muy elevada.

Para que se forme un arcoíris, son necesarias ciertas condiciones: que el aire esté húmedo, es decir, lleno de pequeñas gotas; que el sol esté despejado para que sus rayos lleguen directamente a las gotas de agua; pero también que el sol esté en cierta posición para que sus rayos lleguen a las gotas con un ángulo determinado.

La luz del sol contiene todos los colores y una gota de agua tiene la propiedad de descomponer esa luz en rayos de cada uno de esos colores. 

Para que se forme un arcoíris, es importante el ángulo con el que los rayos de sol entran en las gotas. Pero además debemos saber que las ondas de cada color tiene una frecuencia diferente. Debido a esta frecuencia, los rayos de colores que chocan con la pared de la gota, se reflejan en ángulos diferentes.

Esto hace que solo uno de los rayos que sale de cada gota llegue hasta nuestros ojos y que veamos en ella un solo color, y en todas las que reciban los rayos del sol en el mismo ángulo, el mismo color. 

Ahora, si pudiéramos extender un hilo desde el sol hasta cada una de las gotas que estamos viendo, y de ahí a nuestros ojos, notaríamos que aquellas gotas en las que el ángulo entre el rayo que llega del sol y el que sale hacia nuestros ojos se conserva, están ubicadas formando un arco frente a nosotros. Ahí está entonces la clave de la forma del arcoíris: cada uno de los arcos de color que vemos está formado por las gotas en las que los rayos de luz que entran y salen forman el mismo ángulo.

Pero hay algo más: cuando los rayos de sol entran a las gotas con cierto ángulo, pueden rebotar dos veces dentro de ellas (justo como una bola de billar); entonces, los rayos de colores se invierten y podemos ver, más arriba, un segundo arcoíris con los colores al revés. 

CURIOSIDADES.. ¿Porqué el cielo es azul?

Para responder esta pregunta empecemos hablando de la luz del Sol. La luz del Sol está compuesta por todos los colores del arco iris, así, cuando vemos luz blanca, en realidad estamos viendo luz de todos los colores al mismo tiempo.

Además, la luz se comporta como una onda, es decir, lo que está viajando con la luz son vibraciones que son muy rápidas.

Los diferentes colores de luz son, en realidad ondas con diferentes longitudes. Como puede verse en el dibujo, la luz roja tiene una longitud mayor que la luz naranja y que la luz azul. La luz viaja en línea recta y ya que el Sol está muy alejado de la Tierra podemos asumir que los rayos de luz que nos llegan de él son paralelos.

En la atmósfera terrestre hay pequeñas partículas.  Cuando la luz solar llega a la tierra, estas partículas causan que la luz de algunos colores se desvíe y que la de otros colores siga su curso (como se ve en el dibujo). Entonces la luz que tiene longitud mayor (roja, naranja, amarilla y verde) viaja sin ser perturbada, mientras que la luz de longitud menor (azul, añil y violeta) cambia su curso al encontrarse con estas partículas.

El fenómeno por el cual se produce el cambio de dirección de la luz se conoce como dispersión. Pero la luz de longitud menor no solo cambia su curso al llegar a la atmósfera. Una vez en ella sigue cambiando su curso y dispersándose al encontrarse con más y más partículas. Finalmente lo que nosotros percibimos es que la luz azul nos llega de muchas partículas, porque ha sido dispersada por muchas de ellas en la atmósfera terrestre (ver figura).

Como la luz de mayor longitud no se ve tan afectada por las partículas de la atmósfera nos llega directamente del Sol. Por tanto, los rayos de luz verdes, amarillos, naranjas y rojos llegan sin dispersarse en la atmósfera. La suma de la luz verde, amarilla, naranja y roja es la que hace que percibamos al solo como si fuera amarillo. Entonces el fenómeno de dispersión de la luz en la atmósfera no sólo es causante de que veamos el cielo de color azul sino también de que el Sol tenga un color amarillo para nosotros.​ ​​