Porque é que o arco-íris tem o formato de um arco?

A estrutura curva deste fenómeno óptico tem uma explicação científica que mistura física e geometria. Aqui vamos explorar como os raios de luz se comportam para formar esta maravilha natural em forma de arco.

Arco-íris em Pitigliano, Itália
A forma de arco do arco-íris é o resultado de como a luz se espalha, refrata e salta nas gotículas de água no ar, combinada com a perspetiva do observador e a posição do sol.

É um dos espetáculos mais bonitos da natureza e costuma surpreender as crianças pela sua forma e combinação de cores, e a alguns adultos pelo que nelas evoca. De qualquer forma, o seu formato curvo tem uma explicação científica que mistura física e geometria.

A decomposição da luz em gotículas de água

A base de um arco-íris é a interação da luz solar com pequenas gotículas de água suspensas no ar, como as que encontramos no ambiente nos primeiros ou últimos estágios de uma chuva torrencial. O arco que aparece é a luz solar dispersa nas cores do espectro visível. Espere, vamos explicar-lhe. O facto é que, ao penetrar numa gota de água, a luz divide-se nas cores que a constituem, processo conhecido como “dispersão”.

Este processo ocorre em três fases. No primeiro, a luz entra na gota e é curvada (fenómeno conhecido como “refração”) e depois regressa para dentro da gota. Finalmente, quando a luz sai, ela é refratada novamente.

Cada cor curva-se num ângulo ligeiramente diferente devido ao seu comprimento de onda específico, com o vermelho a dobrar menos e o violeta a dobrar mais. Esta ordem e desvio são o que criam o espectro de cores do arco-íris, dando-nos o clássico padrão de cores.

Geometria do arco-íris, uma questão de ângulos e perspetiva

Quanto ao seu formato curvo, não é pura coincidência, mas a sua estrutura deve-se à geometria do ângulo de refração de cada gota de água. Ao observar um arco-íris, vemos um enorme grupo de gotas de água através de uma perspetiva onde o sol está atrás de nós. Os raios de luz, que são refratados dentro das gotículas e depois saem para vermos, devem coincidir num ângulo específico.

Embora sempre o vejamos como semicircular, se estivéssemos num avião ou no topo de um arranha-céu ou penhasco (cuidado), poderíamos ver o arco-íris completo em forma de círculo.

Cada cor do arco-íris tem um ângulo diferente do ponto de vista do observador, com o vermelho na parte superior a formar um ângulo de 42 graus e o violeta na parte inferior, cerca de 40 graus. Isto cria uma estrutura circular que percebemos como um arco devido à nossa posição no solo, mas que na verdade é um círculo completo.

Porque é que o arco-íris não é sempre o mesmo?

O tamanho e a intensidade do arco-íris dependem das condições meteorológicas e do tamanho das gotas de água. Gotículas maiores tendem a produzir cores mais ricas e definidas, enquanto gotículas menores produzem um arco-íris mais difuso. Além disso, a altura do sol no céu também desempenha um papel: quanto mais baixo o sol estiver, mais amplo aparecerá o arco. Se o sol estiver muito alto, o ângulo necessário não será completado e o arco-íris simplesmente não se formará.

Por fim, alguns arco-íris apresentam cores ou reflexos secundários, formando um segundo arco menos definido em torno do arco principal. Este efeito é denominado “arco-íris duplo” e deve-se a um duplo reflexo da luz no interior das gotículas. Porém, esta segunda formação é mais ténue e as suas cores são invertidas, com vermelho na parte inferior e violeta na parte superior.