Al final del arcoíris

Al final del arcoíris

Estaba nuestro profesor de ocasiones anteriores esta vez con su hijo pequeño cuando un generoso arcoíris se dibujó ante sus ojos. En esto, el niño pregunta el principio que constituía aquella manifestación de la naturaleza. Su progenitor, contento por comprobar que su instinto escéptico había sido heredado, sonríe y expone…

Al final del arcoíris 1

Hoy retomaremos la Óptica y hablaremos de un fenómeno físico y meteorológico que todos hemos contemplado en alguna ocasión. Símbolo de diversas campañas internacionales, el arcoíris es un bello marco en el que aplicar las leyes de la física para llegar a comprender el porqué de su existencia.

Muy a menudo, en días de tiempo cambiante, se puede percibir un arco multicolor en el horizonte, protagonista de relatos bíblicos y leyendas de todo tipo. Una bella manifestación de la naturaleza que no deja indiferente a nadie. Lo cierto, es que tras el origen del arcoíris estuvieron científicos de la talla de René Descartes.

Para comprender este fenómeno vamos a basarnos en tres principios, de varios de los cuáles ya os he hablado alguna vez en esta bitácora, la refracción, la reflexión y la dispersión de la luz.

Para que se produzca el arcoíris, es necesario que las gotas de agua resultado de la lluvia, presentes durante y después de esta en el aire, sean atravesadas por los rayos de Sol. Cuando un rayo de Sol entra en contacto con una gota de agua se refracta (1), esto es, atraviesa la pared de la gota y penetra en su interior, cambiando su velocidad y dirección por tratarse de un medio diferente. En este nuevo medio, el haz de luz se va dispersando, descomponiéndose todo el espectro de colores del arco iris en su interior. Luego se refleja en la pared contraria (2) y se vuelve a refractar (3) para abandonar la gota. En este proceso, el rayo solar se ha desviado 42 grados con respecto a su trayectoria inicial y se ha descompuesto en todo el abanico de colores que lo componen.

Esquema de la refracción-reflexión-refracción interna de luz en una gota de agua. IMAGEN A PARTIR DE: WIKIMEDIA.

Esquema de la refracción-reflexión-refracción interna de luz en una gota de agua. IMAGEN A PARTIR DE: WIKIMEDIA.

La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente diferente para cada longitud de onda (para cada color) de los que componen el espectro. De esta forma, la dispersión es un fenómeno progresivo a medida que el haz penetra y se va refractando y reflejando en el interior de la gota. El ángulo de refracción de la luz amarilla (la central del espectro) es de 138º, lo que hace que un arcoíris únicamente pueda ser visto cuando nos encontramos de espaldas al Sol. Este es el “ángulo del arcoíris”, descubierto por René Descartes en el año de 1637.

El tamaño y la forma de las gotas de lluvia provocan distintos tipos de arcoíris. Así, las gotas más pequeñas provocan uno pálido mientras que las más grandes inducen arcoíris con colores muy vivos.

Arcoíris nocturno inducido por la acción de una luna llena en Hawai. IMAGEN: WALLY PACHOLKA.

Arcoíris nocturno inducido por la acción de una luna llena en Hawai. IMAGEN: WALLY PACHOLKA.

Algo muy curioso que sucede con el arcoíris es que cada persona ve el suyo propio. Es decir, un observador ve la luz dispersada por una serie de gotas de agua, mientras que otro justamente al lado verá la consecuencia generada por otras gotas diferentes. Dos personas no pueden estar exactamente en el mismo lugar en el mismo tiempo. Pura poesía diría yo…

El hecho de que no siempre se produzca el arcoíris a pesar de llover y salir el Sol radica en que se deben obedecer ciertos requisitos. A destacar, que la lluvia sea uniforme. Cuando la velocidad de las gotas es monótona, estas adquieren un volumen máximo y una superficie mínima (esfera), siendo esta una condición restrictiva para que se produzca la dispersión luminosa. Si la lluvia está siendo afectada por el viento, por ejemplo, deja de ser uniforme y por tanto no se produce el arcoíris.

Si de alguna forma nos elevamos lo suficiente sobre la superficie terrestre, alcanzaríamos a ver que en realidad los arcoíris son circulares. Los aviadores han informado de estos anillos multicolores completos en ciertas ocasiones. Cabe apuntar que ni tan siquiera desde lo alto de una montaña se alcanzaría a poder vislumbrar el efecto, aunque el arco visible sí iría en crescendo paralelamente con la altura de la situación del observador.

Al final del arcoíris 4Sabiendo que es el horizonte el que en realidad corta esta circunferencia y brinda así la forma de arco al fenómeno óptico en cuestión, es absurdo hablar del final del arcoíris. El arcoíris es un efecto que se desplazará contigo mientras se puedan prolongar las condiciones para que se continúe produciendo.

Dadas ciertas circunstancias, pueden observarse arcoíris múltiples. Cuando la luz rebota dos veces en el interior de las gotas de agua, se produce un arcoíris doble. Si lo hace tres veces se producen los fenómenos triples. Al suceder en cuatro ocasiones, podemos ver arcoíris cuádruples.

Fotografía de un fenómeno múltiple.

Fotografía de un fenómeno múltiple.

Y hasta aquí con mi exposición de hoy. Espero que haya sido de vuestro agrado, y si no utilizad gafas polarizadas, a través de las cuales no podréis contemplar el arcoíris, aunque sobre eso os hablaré otro día.

Nos leemos.