arcos


Introducción

En este tema del arcoíris aprenderemos sobre cómo se forma o porque son esos colores, también aprenderemos porque se refleja así el arcoíris en forma de arco.










1 El arco iris
Todos hemos visto alguna vez el arco iris, el vistoso y colorido arco circular que algunos días se dibuja en el aire. Todos nos hemos fijado que siempre lo vemos en días lluviosos ocon niebla; tal vez también en algún día soleado, pero con la condición indispensable de que el agua esté presente, bien porque manejamos una manguera, bien porque el agua salpique al caer de una fuente o una catarata. 
Sea cual sea el caso siempre es necesario que el agua esté presente, como formando una pantalla en la que podamos ver el arco, sólo que no es una pantalla, es la mismísima fuente dela que el arco surge. 
Hay otro hecho que suele pasar más desapercibido entre la gente (aunque algunos se dan cuenta, como es lógico). ¿Cuántas veces nos ha deslumbrado el Sol porque nos daba en los ojos cuando observábamos el arco iris? Ninguna que nosotros recordemos, porque siempre que miramos directamente al arco tendremos el Sol a nuestra espalda, como bien saben los que se dedican afotografiar fenómenos naturales como este. 
Entonces, ¿qué ocurre en el cielo para que nosotros seamos capaces de ver el arco iris? Por el momento sabemos que el Sol, nuestra fuente de luz principal, estará a nuestras espaldas, de algún modo su luz interactúa con las gotas que tenemos enfrente y vuelve hacia nosotros, llegando a nuestros ojos en colores separados: en las secciones siguientes veremosqué procesos físicos están implicados ahí. 








2 La intensidad del arco iris

Comenzaremos nuestro estudio acerca de la física del arco iris estudiando la intensidad de la luz que nos llega. 
Cuando la luz recorre su camino y cambia del medio por el que se mueve a otro sucede un hecho que todos conocemos: parte de la luz continúa viajando en el segundo medio y parte de la luz``rebota'' al llegar a la frontera y vuelve hacia atrás (como sucede en el vidrio de una ventana, somos capaces de ver lo que hay al otro lado sin problemas porque parte de la luz proveniente de allí pasa, pero a la vez vemos nuestro reflejo, porque parte de la luz viene de vuelta tras encontrarse con la frontera aire-vidrio). 
Pues bien, cuando vemos el arco iris está ocurriendo lo mismo. La luzproveniente del Sol se encuentra con las gotitas de agua suspendidas en el aire y parte de ella vuelve hacia atrás y parte de ella penetra en las gotas, sin embargo esa luz que vuelve hacia atrás (la única que nosotros podríamos ver) no viene separada en colores, como se explicará en la sección siguiente. 
Para que podamos ver colores es necesario que la luz recorra cierto tiempo la gota de agua, peroclaro, una vez que la luz entró en la gota... ¿cómo hacemos que vuelva? Pues no es necesario hacer que vuelva, porque una vez que la luz está dentro del agua vuelve a encontrarse con un cambio de medio, en este caso agua-aire, por lo que parte de la luz pasará de largo y volverá al aire y parte de ella volverá hacia atrás, a través de la gota. Una vez hecho esto se volvera a encontrar la fronteraagua-aire y por tanto parte de la luz que aún queda saldrá y podrá llegar hasta nosotros. 

Figura 1: Camino óptico recorrido por la luz.

Si nos fijamos bien, podemos ver que este proceso se puede repetir tantas veces como queramos, y es cierto, pero cada vez la intensidad de la luz que nos quede dentro de la gota y la luz que vuelve hacia nosotros es menor, hasta que llega un momento que senos hace totalmente imperceptible (y de hecho se puede considerar que ni hay luz). 


3 El espectro de colores
Cuando nos encontramos con un fenómeno de reflexión es muy fácil saber qué camino seguirá la luz: imaginemos la línea perpendicular a la superficie que hace de frontera entre un medio y el otro (en este caso la superficie es una esfera y los medios son el aire y el agua), entonces...