eperimentos de laboratorio fenomeno del arcoiris

EL ARCO IRIS. DE LA RETRORREFLEXIÓN EN UNA GOTA
A SU OBSERVACIÓN EN LA NATURALEZA.
Genaro SAAVEDRA, Juan C. BARREIRO, Héctor NAVARRO, Emilio SÁNCHEZ-ORTIGA
Facultad de Física , Departamento de Óptica , Universidad de Valencia (España).
Resumen
El objetivo de esta propuesta es presentar una serie de experiencias sencillas que
permitan explicar la formación del Arco Iris. Para ello, se analiza enprimer lugar, a
partir de los modelos geométrico y ondulatorio, la retrorreflexión en una esfera
transparente con luz monocromática. Los experimentos propuestos consideran esferas
de distintos tamaños y materiales (agua y vidrio), así como diferentes longitudes de
onda. Posteriormente, se analiza el fenómeno de la dispersión cromática con luz
blanca, empleando un matraz esférico lleno de agua.Finalmente, estudiamos la
formación del Arco Iris para un colectivo de "gotas", tal y como ocurre en la Naturaleza, a partir de un panel de microesferas de vidrio.
Palabras Clave:
sión cromática.

1.

Arco Iris, Arcos supernumerarios, Banda de Alejandro, Disper-

Introducción

El Arco Iris es uno de los fenómenos más vistosos que se pueden contemplar en el cielo.
Es conocido que, además del arcoprimario con su característica distribución cromática (del color
rojo en su parte exterior al azul en la interior, recorriendo todo el espectro visible) es posible observar simultáneamente un segundo arco iris , conocido como Arco Iris secundario, el cuál presenta
una distribución de los colores invertida respecto al primario. También se observan, aunque
raramente, unos pequeños arcos en la parteinferior del arco primario y en la superior del
secundario que reciben el nombre de arcos supernumerarios (veáse Fig. 2). Toda esta riqueza
física justifica que el Arco Iris haya sido objeto de numerosos estudios en el pasado. A lo largo de
la Historia han sido muchas las personas que han realizado estudios con el fin de comprender
éste fenómeno, estando entre ellas figuras de gran relevancia comoDescartes, Young o el propio
Newton. Sin embargo, podemos decir que la Física del Arco Iris no es una “Física del pasado” sino
que su completa descripción no ha sido llevada a cabo todavía en la actualidad.

Fig. 1. Arco Iris observado en el campus de Burjassot de la Universitat de Valencia (España).

Para la explicación de este fenómeno se han ido desarrollando diferentes modelos teóricos
que tratande dar cuenta desde los aspectos más generales hasta los detalles más finos. Sin
embargo, su observación en el cielo es complicada ya que se deben cumplir unas ciertas condiciones no demasiado habituales en la práctica. Es por ello interesante proponer un conjunto de
experiencias demostrativas y, en algún caso, cuantitativas que permitan a los estudiantes abordar
su análisis de forma controladaen la clase o en el laboratorio.

Fig. 2. Fotografía en la que se observa la presencia de los llamados arcos supernumerarios en la
parte inferior del Arco Iris primario.
En esta propuesta se analizan experimentalmente las predicciones de los modelos
geométrico y ondulatorio propuestos por Descartes y Young, respectivamente. Ambos están basados en la descripción de la dispersión de luz a través deuna esfera. A partir de los resultados
obtenidos, se lleva a cabo una descripción del fenómeno para un cierto volumen de esferas, y se
comprueban dichos resultados con una sencilla experiencia de laboratorio.

2.

Introducción teórica

A continuación consideraremos los distintos modelos que se tratan a lo largo de esta propuesta y que permiten analizar en profundidad los distintos elementos quecomponen el Arco Iris.
2.1

Fenómeno individual

Cuando se ilumina una gota de agua con un haz luminoso se observa que existe una cierta
cantidad de luz que es retrorreflejada, es decir, que se ve proyectada en sentido contrario al de
incidencia sufriendo una cierta desviación. La descripción de este suceso es esencial para la
comprensión completa del fenómeno del Arco Iris.
Si el haz ilumina por...