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Rodrigo Ricardo

Física del arcoíris: Datos, tipos y causas

Publicado el 13 marzo, 2023

¿Qué es un arcoíris?

Un arcoíris es un arco colorido que se forma cuando la luz golpea las gotas de agua. Los colores que aparecen en un arcoíris siempre están en el orden de sus longitudes de onda (de la más larga a la más corta) comenzando con el rojo, luego pasando al naranja, amarillo, verde, azul y terminando con el violeta. Las condiciones deben ser las adecuadas para que se forme un arco iris, incluida la existencia de gotas de agua en el aire, una fuente de luz en el ángulo correcto y las leyes de la física que entran en juego.

Causas de un arco iris

Para que se produzca un arcoíris en la naturaleza, es necesario que haya alguna forma de gotas de agua y luz. Lo que ocurre entonces involucra múltiples aspectos. Un arcoíris en términos de física incluye:

  • Agua: cualquier tipo de gota de agua puede estar involucrada en la formación de un arcoíris. El agua en forma de lluvia, rocío marino, niebla o de cascadas son algunos ejemplos comunes de lo que puede crear un arcoíris.
  • Luz del sol: la luz del sol golpea las gotas de agua en el ángulo correcto para crear un arco iris.
  • Reflexión: La reflexión es cuando la luz rebota en una superficie.
  • Refracción: La refracción ocurre cuando la luz se desvía.
  • Dispersión: la dispersión de la luz ocurre cuando la luz blanca se separa en diferentes colores.

¿Cómo se forman los arcoíris?

Un hermoso arcoíris visto en la costa de Puerto Rico.
Fotografía en color de un arco iris que se arquea sobre la tierra y hacia el océano.

La física de un arco iris y cómo se forma implica todas las causas mencionadas anteriormente. Cuando las ondas de luz del sol u otras fuentes de luz golpean una gota de agua, la luz se ralentiza y se refracta. La onda viaja a través del agua y luego se refleja en la parte posterior de la gota. Cuando la luz sale de una gota de agua, la luz se dobla nuevamente en múltiples ángulos. El espectro electromagnético está hecho de luz con un rango de longitudes de onda. Los diversos colores que existen dentro de la luz blanca también tienen diferentes longitudes de onda y, por lo tanto, se doblan en diferentes ángulos. La luz se dispersa al salir de la gota de agua, produciendo un arco iris. El rojo tiene la longitud de onda más larga y aparece en el arco exterior del arcoíris, seguido del naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

Los arcoíris son en realidad círculos completos. La luz se refracta en todas las direcciones cuando sale de la gota de agua, creando un círculo. Sin embargo, es imposible para una persona ver el círculo completo de un arcoíris desde el suelo porque solo puede ver la luz dispersa sobre el horizonte. Las personas en un avión a veces pueden ver un arco iris circular completo.

Tipos de arcoiris

Hay algunos tipos diferentes de arcoíris que existen. Los arco iris primarios son los más comunes, pero también hay arco iris secundarios, arco iris supernumerarios y arco iris lunar.

Arcoíris primarios

La descripción de cómo se forma un arco iris describe un arco iris primario. Este tipo de arcoíris es el más visto. Este tipo de arco iris se forma cuando el sol está detrás del espectador y las gotas de agua están frente al espectador. Las gotas de lluvia u otras gotas de agua deben ser esféricas y el sol debe incidir en un ángulo de 42 grados para crear las condiciones adecuadas para formar un arco iris. Esto hace que las primeras horas de la mañana y las últimas de la tarde sean los momentos más probables para ver un arcoíris.

Arcoíris secundarios

En ocasiones, puede producirse un arcoíris doble debido a la existencia de un arcoíris secundario. Un arco iris secundario aparece como un segundo arco iris más débil sobre el arco iris primario. Esto sucede cuando la luz se refleja dos veces dentro de las gotas de agua, siendo el ángulo de este segundo reflejo de 50 grados en lugar de 42 grados. Esta segunda reflexión hace que el espectro se invierta (el rojo está en el interior del arco y el violeta en el exterior) para el arco iris secundario.

Arcoíris supernumerarios

Un arco iris supernumerario es un arco iris delgado y de color más claro que aparece debajo de un arco iris primario. Muchas veces aparecerá solo como franjas verdes, moradas o rosadas dentro del arcoíris primario. Esto resulta de interacciones complejas de rayos de luz dentro de una masa de aire que contiene pequeñas gotas de agua que son casi del mismo tamaño. Los rayos reflejados dentro de este tipo de formación interactúan de manera que crean mucha interferencia. La luz puede reforzarse o cancelarse debido a la interferencia, lo que da como resultado colores más claros y una banda más estrecha en un arcoíris supernumerario que, por lo general, solo muestra algunos de los colores y cancela el resto.

Las franjas verdes y moradas que se ven debajo de este arco iris son un arco iris supernumerario.
Primer plano, fotografía en color de una sección de un arco iris brillante con franjas verdes y moradas debajo.

Arco iris lunares

Un arco iris lunar, también llamado arco iris lunar, es un arco iris producido por la luz reflejada por la luna. Una luna llena es capaz de reflejar suficiente luz para ser refractada por las gotas de agua y crear un arco iris lunar. Sin embargo, los arco iris lunares son mucho más tenues que los arco iris primarios debido al hecho de que la luz de la luna es mucho más tenue que la luz del sol. Los colores no suelen verse en un arco iris lunar porque la luz no es lo suficientemente brillante.

Datos del arcoíris

Algunos datos adicionales del arcoíris son:

  • El centro de un arco iris (el centro del círculo completo) se llama el “punto antisolar” que está exactamente opuesto al sol.
  • La luz visible solo forma parte de un arcoíris. El resto del espectro electromagnético constituye partes del arcoíris que son invisibles al ojo humano. Más allá de la luz roja visible están la radiación infrarroja y las ondas de radio, mientras que las ondas ultravioleta, los rayos X y la radiación gamma están más allá del violeta.
  • Un arcoíris es una ilusión óptica y en realidad no existe en un lugar específico del cielo. Su ubicación depende de dónde esté parado un individuo y de dónde provenga el sol u otra fuente de luz.

Resumen de la lección

Un arcoíris es un arco colorido en el cielo que se crea cuando la luz golpea las gotas de agua en el aire de la manera correcta. Un arco iris se forma cuando las gotas de agua en el aire son golpeadas con luz en un ángulo de 42 grados. La refracción (curvatura de la luz) ocurre cuando la onda de luz ingresa al agua. La reflexión luego hace rebotar la luz en la parte posterior de la gota de agua. A medida que la luz sale de la gota de agua, se refracta nuevamente y la dispersión ocurre cuando la luz se dobla en diferentes ángulos y se separa en los diferentes colores del espectro. Los arcoíris son en realidad círculos completos ya que la luz se refracta en todos los ángulos desde las gotas de agua. Sin embargo, no es posible ver un círculo completo desde el suelo porque el horizonte bloquea parte de él.

Hay diferentes tipos de arcoíris que se pueden formar. Un arco iris primario es el tipo más común y es lo que generalmente se ve. Un arco iris secundario crea un arco iris doble. Este tipo de arco iris ocurre cuando la luz se refleja dos veces en las gotas de agua, formando un segundo arco iris más tenue sobre el arco iris primario. Se crea un arco iris supernumerario dentro del arco iris primario. Este tipo de arco iris se crea cuando ocurre la interferencia de la luz, reforzando y cancelando diferentes colores en el espectro. Por lo general, se ve como franjas de color debajo del arcoíris primario, como verdes, rosas o morados. Finalmente, un arcoíris lunarse puede crear cuando la luna está lo suficientemente llena como para reflejar suficiente luz que se puede refractar para crear un arco iris. Este tipo de arcoíris es extremadamente tenue y por lo general no se ve el color porque la luz no es lo suficientemente brillante.

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