Qual A Ordem Do Arco-íris

Dispersão da luz branca e como formar um arco-íris observável

Quando um feixe de luz solar entra numa gota de água, ele sofre refração na superfície, reflexão interna na face posterior e outra refração ao sair. Cada comprimento de onda se desvia num ângulo ligeiramente diferente, o que separa as cores. O vermelho sai mais afastado do eixo da sombra da gota, cerca de 42 graus do anti-solar, enquanto o violeta sai a cerca de 40 graus. É por isso que o vermelho aparece no bordo externo e o violeta no interno.

qual a ordem do arco-íris no espectro visível

A sequência padrão, do bordo externo para o interno no arco primário, é: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Newton foi quem definiu essa nomenclatura e acrescentou o anil especificamente para fazer sete cores, correspondendo às sete notas da escala musical da época. Fisicamente, a transição entre azul e violeta é contínua, sem uma fronteira nítida, e muitas pessoas conseguem distinguir apenas seis faixas bem definidas num arco natural. Não há erro em dizer que enxergam seis cores em vez de sete. Num arco secundário, que resulta de duas reflexões internas dentro da gota, a ordem inverte. O vermelho fica no bordo interno e o violeta no externo. O arco secundário é menos brilhante porque parte da luz escapa em cada reflexão adicional, perdendo intensidade. Esse efeito é facilmente verificável num dia de sol com chuva fina, apontando as costas para o Sol e movendo um borrifador de água até formar um arco artificial.

Eu costumava explicar isso na prática usando um disco de Newton improvisado com um CD velho e uma lanterna. Quando você roda o disco rapidamente e projeta a luz branca através de uma fenda estreita, o espectro projetado na parede mostra claramente a separação das faixas. O problema é que a luz não monocromática da lanterna barata tende a borrar as bordas, especialmente na zona do azul e do anil, que já são mais fracas no espectro solar que chega ao solo devido à dispersão de Rayleigh na atmosfera. A solução que funcionou pra mim foi filtrar a luz com um pedaço de película de fotografia usado, que atua como filtro passo-baixa natural, cortando os comprimentos de onda mais curtos que causam aberração cromática no cristal do disco. Assim o espectro fica mais limpo sem custo relevante. Um detalhe que poucos levam em conta é a largura angular de cada banda. O vermelho puro ocupa aproximadamente 3 a 4 graus de abertura angular, enquanto o violeta fica numa faixa de cerca de 2 a 3 graus. Isso explica por que o arco parece ter faixas desiguais: as cores mais longas se espalham mais. Quando o Sol está alto no céu, digamos acima de 42 graus de elevação, o arco primário inteiro fica abaixo do horizonte e você não consegue vê-lo. Nesse caso, só resta observar o fenômeno em superfícies reflectivas distantes ou esperar o entardecer. Arco-íris circun-zenitais, aqueles que parecem um retângulo luminoso no zénite, são formados por cristais de gelo hexagonais, não por gotas de água, e têm uma física completamente distinta da refração em gotas esféricas.

Outra limitação prática importante é que a visibilidade das cores depende directamente da densidade de gotas e do tamanho uniforme delas. Gotas muito grandes, acima de 1 milímetro, tendem a achatar sob a resistência do ar, deformando a geometria ideal da gota esférica e distorcendo o padrão angular. O resultado é um arco com as cores menos definidas e o bordo mais difuso. Gotas muito pequenas, da ordem de micrômetros, geram um arco da neve, que é predominantemente branco porque o diâmetro das partículas está na mesma ordem de grandeza do comprimento de onda, entrando no regime de difracção de Mie onde a separação espectral é mínima. Esse efeito é frequente perto de neblinas densas e pode ser confundido com falta de definição do arco primário, quando na realidade se trata de outro fenómeno óptico completamente diferente. Se o objectivo é reproduzir o espectro com precisão laboratorial, um prisma de vidro crown com ângulo de 60 graus e índice de refracção de 1,52 para o amarelo do sódio produz uma separação angular de cerca de 2 graus entre o vermelho e o violeta, suficiente para resolver as bandas principais. O custo de um prisma escolar desses é baixo, mas a montagem exige uma fenda ajustável e uma tela de observação a pelo menos 1,5 metros de distância para que as cores não se sobreponham. Sem esse espaçamento, a resolução prática cai drasticamente e a distinção entre azul e anil torna-se subjetiva.