El arco iris – Explicaciones

Este fenómeno meteorológico ha despertado un gran interés desde la antigüedad. La primera explicación que nos ha llegado es la de Aristóteles, supuso que la nube está formada por una multitud de pequeños espejos, también supone que estas nubes tienen una forma esférica, similar a la de la bóveda celeste y que por lo tanto estamos dentro de ella. Para Aristóteles, se trata pues de un fenómeno de reflexión pura. La circularidad del arco es, por tanto, una consecuencia de la esfericidad de las nubes lejanas. Esta explicación, que era falsa, perduró hasta el siglo XIV. A finales del siglo XIII, un erudito árabe, al Farisi, realizó un considerable avance en el estudio del arco. Supuso que las gotas de agua casi esféricas eran el origen del arco y realizó un experimento en una habitación oscura y un recipiente esférico de agua, así pudo seguir la trayectoria de un rayo de luz. La revolucionaria simetría del problema permite analizarlo en dos dimensiones. En el gráfico de la luz, visualizamos la familia de líneas de un parámetro procedentes de una fuente puntual considerando una sección mediana de la esfera. Se refracta dentro de la esfera y se refleja en la cara frontal de la esfera formando una cáustica, se refracta de nuevo sin la dirección de la fuente, generando una cuarta familia de líneas. Esta nueva familia tiene dos líneas de « cáustica lineal », que corresponden a un punto de inflexión de la superficie de la onda. Este tipo de cáustica es similar a la que experimentaremos frente al espejo gaussiano. La superficie cáustica fuera de la esfera se convierte así en un cono con un ángulo en el vértice de unos 42° para el arco iris natural. En la simulación presentada en la mesa de luz, la fuente de luz está a una distancia finita de la esfera, mientras que en el caso del sol está a una distancia casi infinita. Por otra parte, el sol no es una fuente puntual y el vidrio utilizado en la exposición no tiene el mismo índice de refracción que el agua. Obsérvese que la familia de rayos puede reflejarse una segunda vez en el interior de la esfera, mientras se debilita, dando lugar esta vez a un segundo arco. 

¿Cómo observar un arco iris natural? Lo primero que hay que hacer es colocarse entre el sol y la lluvia o las gotas de una fuente o chorro de agua. Entonces tienes que localizar la dirección antisolar, que visualizas en la dirección de la sombra de tu cabeza. A continuación, dibuja un círculo de unos 45° con el brazo, 42° para ser exactos. Las gotas del cono así formado entre el ojo del observador y la zona húmeda reflejan la cáustica lineal que penetra en el ojo del observador hacia el sol.