O arco-íris é um fenômeno meteorológico. Ele é causado pela refração, reflexão e dispersão da luz dentro de gotas de água o que resulta em espectro de diversas cores da luz que aparece no céu. Os arcos-íris são formados no céu devido à luz solar ficam exatamente na direção oposta ao Sol.
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Como se forma o arco-íris?
Quando a luz do sol se encontra com uma gota de chuva, uma parte da luz é refletida e a outra parte entra na gota. A luz é refratada na superfície da gota de água. Por sua vez, ao atingir o fundo da gotícula de água, uma parte da luz solar é refletida novamente. Essa segunda reflexão é chamada de reflexão interna. A luz que é refletida internamente atinge a superfície da gota e, ao sair de dentro, refrata mais uma vez. Nesta segunda refração, ocorre a formação do arco-íris. A luz continua a se refletir dentro da gota, porém esse fenômendo não é relevante na formação do arco-íris primário.
O efeito principal é que a parte dos raios que refletem internamente dentro da gota d’água, refletem com uma angulação entre 0° e 42°. Este ângulo não depende do tamanho da gota (ou do meio que se forma o arco-íris). Contudo, ele depende do índice de refração. Por exemplo, a água do mar tem um índice de refração maior que o da água da chuva. Então, o arco-íris formado pelas gotículas de água levantadas pelas ondas do mar terá um raio menor do que de um arco-íris formado pelas gotas de chuva.
Cores do arco-íris
Um arco-íris só pode ser observado no céu e quando é formado devido à concentração de gotas de água e posição do sol. Porém, é possível reproduzir suas cores ao obter um espectro luminoso. Para isso, utiliza-se um prisma de vidro e uma fonte de luz branca.
O arco-íris é formado pela dispersão da luz branca em todos os comprimentos de onda que a compõem. Assim, a quantidade de cores do arco-íris observada por uma pessoa pode variar. O olho humano consegue observar um espectro luminoso composto por, aproximadamente 100 cores. Porém, por convenção, admitimos que o arco-íris tem 7 cores. São elas: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil (ou índigo) e violeta.
5 mitos e verdades sobre o arco-íris
O arco-íris é um fenômeno óptico observado e documentado desde os tempos mais antigos da história humana. Por conta disso, ele carrega alguns mitos. Entretanto, existem fatos que parecem mentira, mas não são! Veja alguns deles:
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- O arco-íris não tem apenas sete cores: apesar da convenção, não é possível contar exatamente sete cores. Este número é devido a Isaac Newton que escolheu dividir o espectro luminoso em uma quantidade que combinasse com a quantidade de notas musicais, dias da semana etc.
- O arco-íris só aparece quando chove: é comum as pessoas dizerem que o arco-íris vem depois da chuva. Porém, a presença de gotículas de água no ar pode ser devido a outras razões. Por exemplo, quando há um nevoeiro ou quando a água é espalhada por conta de uma cachoeira.
- Também existe arco-íris noturno: a luz do sol é um dos elementos principais na formação de um arco-íris. Porém, caso a luz da Lua esteja suficientemente forte, ela também pode formar um arco-íris. Em casos específicos, é possível ver um arco-íris formado em volta da Lua, que é chamado de halo.
- O arco-íris, na verdade, é um círculo: como a maioria das pessoas vê o arco-íris a partir do chão, só é possível ver um semicírculo do fenômeno óptico
- O arco-íris duplo: como vimos anteriormente, a luz continua refletindo dentro de uma gota de água. Dessa forma, em condições ideais, é possível que haja a formação de um segundo arco-íris (ou arco-íris secundário).
Você consegue pensar em alguma outra curiosidade sobre o arco-íris que não foi comentada aqui?
Vídeos sobre o arco-íris
Agora que já sabemos os conceitos físicos por trás da formação do arco-íris. Que tal aprofundar ainda mais nossos conhecimentos?
Dispersão da Luz
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Veja na prática a dispersão luminosa a partir de um prisma.
A física do arco-íris
Aprofunde seus conhecimentos físicos por trás da formação do arco-íris.
Refração da luz e dispersão luminosa
Aprofunde seus conhecimentos sobre refração da luz e dispersão luminosa.
O arco-íris é um belo fenômeno óptico e um prato cheio para os nossos estudos de física. Para compreendê-lo melhor, que tal estudar um pouco sobre refração da luz?
Referências
FAULHABER, Priscila. Interrogando as teorias sobre o arco-íris. Hist. cienc. saude-Manguinhos [online]. 2007, vol.14, n.2, pp.503-527.
BOYER, Carl B. (1987). The Rainbow, From Myth to Mathematics. Princeton University Press.
ASSIS, André K. T. A mecânica e a óptica de Newton. Disponível em: https://www.ifi.unicamp.br/~assis/mecanica-optica-27-11-2015.pdf.
Por Hugo Shigueo Tanaka
Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).
Tanaka, Hugo Shigueo. Arco-íris. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/arco-iris. Acesso em: 19 de April de 2024.
1. [UPF]
Conta a história que Isaac Newton, trabalhando no polimento de algumas peças de vidro, conseguiu obter um prisma triangular, o qual utilizou para a sua famosa experiência de dispersão da luz branca, ilustrada na figura a seguir.
Utilizando-se da palavra latina spectrum, ele descreveu um conjunto de cores que resultou dessa dispersão da luz branca ao atravessar o prisma. A explicação para o observado por Newton encontra-se associada ao fato de que cada cor que compõe o spectrum sofre um desvio em virtude
a) da sua polarização.
b) da sua difusão.
c) do seu índice de refração.
da sua velocidade no vácuo.
e) da sua interferência.
O índice de refração (n) relaciona a velocidade da luz no vácuo com sua velocidade em um determinado meio. E, então, representa quantas vez a luz no vácuo é mais rápida do que a luz nesse meio. Assim, a dispersão da luz branca em cores ocorre porque há diferenças de índice de refração para cada cor, e quanto maior esse índice, maior o desvio da luz no meio.
Alternativa correta: C
2. [UEM]
O livro Óptica, de Isaac Newton, apresenta experimentos que tratam da decomposição da luz branca usando prismas. Sobre um prisma de vidro colocado no ar, sendo atravessado por raios luminosos, assinale o que for correto.
01) O desvio do raio luminoso produzido por um prisma depende de pelo menos três fatores: o ângulo de incidência do feixe na primeira face, o ângulo de refringência do prisma e do índice de refração do vidro.
02) Quando um feixe de luz branca incide sobre um prisma, a cor vermelha é a que menos sofre desvio enquanto a violeta é a que apresenta o maior desvio.
04) O índice de refração do vidro não depende da frequência de luz que o atravessa.
08) Quando a luz passa de um meio menos refringente (o ar) para um meio mais refringente (o vidro), o raio luminoso se aproxima da normal.
16) O índice de refração de um meio indica quantas vezes a luz (no vácuo) é maior que a velocidade da luz no meio.
01) Verdadeira
02) Verdadeira
04) FALSA. Se a velocidade das diversas cores da luz visível é diferente ao atravessar o prisma, significa que o índice de refração também depende da cor da luz que o atravessa, sendo o índice de refração maior para o violeta e menor para o vermelho.
08) Verdadeira
16) Verdadeira
Somatória: 27 = 01+02+08+16