Como se forma o arco-íris?
O arco-íris é luz do sol dentro de gotas de água, num ângulo de uns 42 graus. Não tem pote de ouro no fim, porque o fim anda quando você anda. Com fontes da NOAA e afins.
Depois da chuva o sol aparece, você olha para um lado do céu e tem um arco colorido pendurado ali. Tem quem fale da deusa Íris, da aliança bíblica, de um pote de ouro no fim do arco. A física, neste caso, é mais interessante do que o pote.
O arco-íris é um fenômeno óptico. Não é um objeto com endereço, que você possa alcançar andando. É luz do Sol (ou, mais raramente, da Lua) entrando em gotas de água, mudando de direção e voltando para o seu olho numa geometria bem específica.
A receita, antes da poesia
A lista de ingredientes é curta. O sol precisa estar atrás de você. A chuva, o spray de uma cachoeira ou o aspersor do jardim, à frente. E o sol não pode estar alto demais: acima de uns 42 graus no céu, o arco primário some abaixo do horizonte. Por isso a gente vê tantos arco-íris no fim da tarde, e quase nenhum ao meio-dia no verão, com o sol a pino.
O que a gota faz com a luz
O raio de luz entra na gota e refrata (desvia, porque a luz anda mais devagar na água do que no ar). Depois reflete uma vez na superfície interna e refrata de novo ao sair. A luz branca do sol é um mix de comprimentos de onda. O violeta desvia mais, o vermelho desvia menos. O resultado é um leque de cores.
Você vê o vermelho na faixa de cima, perto de 42 graus em relação à direção oposta ao sol. O violeta fica mais baixo, perto de 40 graus. Não é que "o vermelho corre mais rápido e por isso ganha o andar de cima", como às vezes se ensina no corredor da escola. O que organiza a faixa é o ângulo em que aquela cor é mandada de volta para o seu olho.
Todas as gotas à sua frente estão fazendo a mesma coisa. Só que cada cor chega a você a partir de gotas em alturas ligeiramente diferentes. Você muda de posição, o arco muda com você. Por isso ninguém chega no "fim" do arco-íris. O fim anda quando você anda.
É um círculo (o chão é que esconde)
O arco é, na verdade, um círculo. O chão esconde a metade de baixo. De avião, com o sol numa posição boa e gotas à frente, dá para ver o círculo inteiro. A altura do sol manda no quanto do arco aparece: sol baixo, arco alto; sol mais alto, arco mais baixinho.
Às vezes aparece um segundo arco, mais fraco, por cima do primeiro. É o arco secundário: a luz reflete duas vezes dentro da gota e sai por volta de 50 a 53 graus. As cores vêm invertidas, vermelho embaixo e violeta em cima. As "sete cores" que a gente recita (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil, violeta) são convenção, herdada em boa parte de Newton. O espectro é contínuo. O olho, e o hábito de nomear, é que fatia o leque. Entre os dois, o céu costuma parecer um pouco mais escuro (a faixa de Alexandre). Arcos de ordem ainda mais alta existem, mas no céu do dia a dia quase não se veem. Em laboratório, com controle de gota e de luz, já foram registrados.
A Lua também pode fazer o seu arco, o moonbow. É mais raro e costuma parecer esbranquiçado, porque a luz é fraca e o olho, no escuro, pega menos cor.
A física disso não é novidade de laboratório recente. No século XVII, Descartes já calculava o ângulo de uns 42 graus do arco primário. Newton, com o prisma, mostrou que a luz branca se abre em cores. A gota de chuva faz, no céu, um trabalho parecido com o do prisma na mesa da escola: desvia cada cor um pouco diferente.
Tem também o arco branco da névoa, o fogbow. As gotas do nevoeiro são pequenas demais, a interferência mistura as cores, e o anel aparece pálido. É parente, não é o arco clássico da tarde de verão. Cachoeira, onda no recife, aspersor de jardim: a receita é a mesma, desde que haja gota, sol na posição certa e você no lugar certo.
Um detalhe que fecha o desenho: por dentro do arco primário o céu costuma parecer um pouco mais claro. A luz que as gotas mandam para ângulos menores que os 42 graus se acumula ali. Por fora, até o arco secundário, sobra aquela faixa mais escura. Não é sujeira no ar. É geometria.
Se a física da luz no ar te interessa, no site tem também a explicação de por que o céu é azul ao meio-dia e vermelho no pôr do sol. É prima desta daqui: luz, atmosfera, e o caminho até o olho.
O que este texto não faz
Não coloca deusa grega como causa física. A Íris entra na história da cultura, não no desvio do raio. Não afirma que o arco-íris "não existe". Existe como fenômeno. Só não existe como coisa sólida, parada no céu, esperando você.
Fontes
- NOAA NESDIS: What Causes a Rainbow? - https://www.nesdis.noaa.gov/about/k-12-education/optical-phenomena/what-causes-rainbow
- National Weather Service: How Do Rainbows Form? - https://www.weather.gov/fgz/Rainbow
- USGS: Rainbows (Water and Light) - https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/rainbows-water-and-light
- Bureau of Meteorology (Austrália): How do rainbows form? - https://media.bom.gov.au/social/blog/899/how-do-rainbows-form/
E aí: qual o arco-íris mais limpo que você já viu, de verdade, sem filtro? Cidade e hora, se lembrar.
