¿Por que el arco iris tiene forma de arco?
Como todos sabemos, el arco iris se hace visible cuando hay una gran cantidad de gotas en el aire que son iluminadas por la luz del Sol. Este fenómeno puede entenderse pensando qué ocurre en cada una de las gotas suspendidas en el aire, suponiendo que cada una tiene forma esférica y la luz proveniente del Sol incide sobre la esfera como un conjunto de rayos paralelos.
Una porción de luz incidente sobre la gota se reflejará parcialmente y otra porción se refractará dentro de la gota viajando en una dirección que depende del color. Al alcanzar la cara opuesta de la esfera, una porción se reflejará en la parte interna de la gota, y otra, emergerá de la gota del lado opuesto al que incidió. La parte reflejada nuevamente se refractará dentro de la esfera y, al alcanzar la cara donde incidió la luz, una parte se reflejará y otra, emergerá. Un conjunto de estos rayos emergentes (o terciarios) son los que forman el arco iris primario. El proceso continúa dando lugar a múltiples reflexiones cuya intensidad decrece rápidamente, siendo posible a veces observar un arco iris secundario.
Un punto clave para entender la forma del arco iris es que –aunque sobre la gota incida una cantidad uniforme de luz– no emerge de la gota la misma cantidad de luz en todas las direcciones sino que hay un conjunto de direcciones en que la intensidad se refuerza definiendo un cono alrededor de la dirección de incidencia, debido a la simetría esférica de la gota. Esto se puede entender en términos del comportamiento de los rayos que inciden en distintos lugares de la esfera o que tienen distintos parámetros de impacto. Si el rayo incidente tiene parámetro de impacto cero, el rayo terciario forma un ángulo de 1800 con respecto al rayo incidente. Para mayores parámetros de impacto, el ángulo entre el rayo terciario y el rayo incidente disminuye hasta alcanzar un mínimo en aproximadamente 1380 . Alrededor del valor mínimo se concentrará la mayor cantidad de rayos emergentes, ya que en esa zona, por más que la luz incida con parámetros de impacto diferentes, solo se produce una peque- ña variación en el ángulo del rayo terciario.
En cuanto a lo que vemos en el cielo, cabe notar que la Tierra genera una especie de sombra sobre el cono y hace que solo veamos una porción, que llamamos arco. A veces es posible ver el fenómeno de arcos supernumerarios por debajo del arco iris primario, que es una evidencia de la naturaleza ondulatoria de la luz.
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