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Como um arco-íris é formado? Entenda a física por trás desse fenômeno!

por Rafael Panteri | 27/05/2021

Uma das cenas mais bonitas é um enorme arco-íris no céu após a chuva. Você já se perguntou como são formados? Entenda a física por trás dessas maravilhas!

Como a luz é formada? Por que ela se comporta de tal maneira e não de outra? Afinal, ela é onda ou partícula? Essas e outras perguntas intrigam filósofos e cientistas há séculos. Aliás, diversos fenômenos ópticos, como a propagação retilínea da luz e a reflexão, já são bem conhecidos desde a Grécia Antiga!

Diariamente, interagimos com a luz e suas propriedades sem nos darmos conta – seja na frente de um espelho; quando tiramos uma foto; ou olhamos para as estrelas. Mas outro fenômeno relacionado à luz e que chama muita atenção é o arco-íris. E você já deve ter se perguntado: como eles são formados?

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arco-íris
Imagem de um arco-íris – Imagem de Zoltan Tasi

Bem, os arco-íris geralmente aparecem após um período de chuva, seguido por um céu limpo, com bastante Sol. Para entender o porquê de esse cenário ser o ideal, conceitos como dispersão da luz e sua natureza devem estar claros!


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Natureza da luz

Na investigação sobre a natureza da luz é comum a existência de duas teorias aparentemente rivais: a primeira é a “corpuscular”, que diz que a luz seria formada por pequenas partículas emitidas pela fonte  – os chamados fótons. E a segunda é a “ondulatória” que afirma que a luz está associada a um movimento oscilatório que se propaga em grande velocidade.

Experimentos e cálculos conseguem defender as duas teorias corretamente produzindo a chamada “Teoria da Dualidade da Luz”. Basicamente ela afirma que, em determinados momentos, a luz se comporta como onda e em outros como partícula.

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Assim, quando as dimensões dos objetos envolvidos são muitos maiores que o comprimento de onda da luz – visível, 380 a 780 nanômetros -, a abordagem ondulatória pode ser substituída por outra onde a luz se propaga como raios, em linha reta. E é essa que explica o arco-íris!

arco-íris
Imagem de Wikimedia

Dispersão da luz

Um álbum bastante conhecido da banda britânica, Pink Floyd, é “The Dark Side of the Moon” (do inglês, o lado escuro da lua). Na capa, é possível ver a dispersão da luz, um feixe de luz branca que atravessa um prisma e se decompõe em seis cores.

Esse fenômeno foi descoberto pelo físico Isaac Newton, em 1672. Ele ocorre, pois as diversas cores que formam a luz branca se propagam com velocidades diferentes em materiais transparentes, logo são refratadas com ângulos diferentes. Assim, a luz branca “entra” de um lado e seis outras cores – vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta – “saem” do outro. Observe na imagem abaixo:

Capa do álbum "The Dark Side of the Moon" do Pink Floyd
Capa do álbum “The Dark Side of the Moon”, do Pink Floyd

O arco-íris

O arco-íris se forma com a junção dessas duas características: a luz do Sol se movimenta em linha reta e encontra uma partícula de água suspensa na atmosfera, provavelmente deixada após a chuva. Essa partícula irá se comportar como o prisma, que refrata a luz solar. Por conta da dispersão, é separada em seis cores!

Se o Sol estiver atrás do observador, é possível contemplar essa maravilha da natureza!

O vídeo a seguir mostra um lindo arco-íris duplo registrado no céu de Fortaleza, confira!

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Que outro fenômeno físico você gostaria de uma explicação? Deixe sua ideia nos comentários!


Fontes: UEFS

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Rafael Panteri

Estudante de Engenharia Elétrica no Instituto Mauá de Tecnologia. Parte da graduação em Shibaura Institute of Technology - Japão.