Perché l'arcobaleno ha la forma di un arco?

È uno degli spettacoli più belli della natura e solitamente ci sorprende. Ai bambini per la sua combinazione di forme e colori, e ad alcuni adulti per ciò che evoca in loro. In ogni caso, la sua forma curva ha una spiegazione scientifica che mescola fisica e geometria.

La scomposizione della luce in gocce d'acqua

La base dell'arcobaleno sta nell'interazione della luce solare con piccole goccioline d'acqua sospese nell'aria, come quelle che troviamo nell'ambiente nella prima o nell'ultima fase di un acquazzone. L'arco che appare è la luce solare dispersa nei colori dello spettro visibile.

Il fatto è che penetrando in una goccia d'acqua, questa luce si divide nei suoi colori costituenti, un processo noto come "dispersione". Questo processo avviene in tre fasi. Nella prima, la luce entra nella goccia e viene piegata (fenomeno noto come “rifrazione”) per poi rimbalzare all'interno della goccia. Infine, quando la luce se ne va, viene nuovamente rifratta.

Ogni colore si piega con un angolo leggermente diverso a causa della sua particolare lunghezza d'onda, con il rosso che si piega di meno e il viola che si piega di più. Questo ordine e questa deviazione sono ciò che crea lo spettro dei colori dell'arcobaleno, dandoci il classico schema di colori.

Geometria dell'arcobaleno, questione di angoli e prospettiva

Per quanto riguarda la sua forma curva, non è una pura coincidenza, ma la sua struttura è dovuta alla geometria dell'angolo di rifrazione in ogni goccia d'acqua. Quando osserviamo un arcobaleno, vediamo un enorme gruppo di gocce d'acqua attraverso una prospettiva in cui il sole è dietro di noi. I raggi luminosi, che vengono rifratti all'interno delle goccioline e poi escono alla nostra vista, devono coincidere secondo un angolo specifico.

Anche se lo vediamo sempre semicircolare, se fossimo su un aereo o in cima a un grattacielo o a una scogliera (fai attenzione lì), potremmo vedere l'arcobaleno completo a forma di cerchio. Ogni colore dell'arcobaleno ha un angolo diverso dal punto di vista dell'osservatore, con il rosso in alto che forma un angolo di 42 gradi e il viola in basso, di circa 40 gradi. Questo crea una struttura circolare che percepiamo come un arco a causa della nostra posizione a terra, ma in realtà è un cerchio completo.

rvar un arcoíris, estamos viendo un grupo masivo de gotas de agua a través de una perspectiva donde el sol está detrás de nosotros. Los rayos de luz, que se refractan dentro de las gotas y luego salen para que nosotros los veamos, deben coincidir en un ángulo específico.

Cada color del arcoíris tiene un ángulo diferente desde el punto de vista del observador, con el rojo en la parte superior formando un ángulo de 42 grados y el violeta en la parte inferior, alrededor de 40 grados. Esto genera una estructura circular que percibimos como un arco debido a nuestra posición en el suelo, pero en realidad es un círculo completo.

Perché l'arcobaleno non è sempre lo stesso?

La dimensione e l'intensità dell'arcobaleno dipendono dalle condizioni meteorologiche e dalla dimensione delle gocce d'acqua. Le goccioline più grandi tendono a produrre colori più ricchi e definiti, mentre le goccioline più piccole producono un arcobaleno più diffuso. Inoltre, anche l’altezza del sole nel cielo gioca un ruolo: più il sole è basso, più ampio apparirà l’arco.

Se il sole è troppo alto, l'angolo necessario non viene completato e l'arcobaleno semplicemente non si forma. Infine, alcuni arcobaleni mostrano colori o riflessi secondari, formando un secondo arco meno definito attorno a quello principale.

Questo effetto è chiamato “doppio arcobaleno” ed è dovuto ad una doppia riflessione della luce all'interno delle goccioline. Tuttavia, questa seconda formazione è più debole e i suoi colori sono invertiti, con il rosso in basso e il viola in alto.