Por que os arco-íris são circulares?

Os arco-íris chamam a atenção pela forma de arco colorido no céu. No entanto, na realidade, esse fenômeno tem a forma de um círculo. A aparência de “meia lua” Os arco-íris chamam a atenção pela forma de arco colorido no céu. No entanto, na realidade, esse fenômeno tem a forma de um círculo. Desse modo, a aparência de “meia lua” resulta do ponto de vista de quem observa e não da estrutura real do arco-íris. A explicação envolve luz do Sol, gotas de chuva e a maneira como esses elementos interagem na atmosfera.

Quando a luz solar branca atravessa as gotas de água, ela se separa em várias cores e se desvia em ângulos bem definidos. Além disso, esse processo segue leis da física bastante conhecidas e independe da posição de quem observa. O que importa, sobretudo, é como a luz entra e sai de cada gota. Por isso, o arco-íris sempre mantém a mesma geometria, organizada em torno de um ponto oposto ao Sol. Ademais, essa estrutura geométrica se repete em qualquer lugar do planeta.

O que forma um arco-íris circular?

O arco-íris circular se forma quando a luz do Sol atinge inúmeras gotas de água suspensas no ar. Em cada gota, a luz sofre três efeitos principais: refração ao entrar, reflexão interna ao bater na parte de trás da gota e, por fim, nova refração ao sair. Em média, a luz vermelha sai desviada cerca de 42° em relação à direção original do raio solar. Já a luz violeta sai um pouco menos, por volta de 40°.

Como as gotas de chuva se distribuem em todas as direções ao redor do observador, forma-se, então, uma espécie de “cone de luz” com o olho no vértice. Todas as gotas que desviam a luz nesse mesmo ângulo criam um círculo completo de cores no céu. No entanto, o observador vê apenas a parte superior desse círculo, limitada pelo horizonte. Portanto, o que parece um arco representa somente um recorte do fenômeno completo.

Por que os arco-íris são circulares?

A expressão “arco-íris circular” descreve a forma real do fenômeno. Na prática, a estrutura forma um círculo de 360° em torno do chamado ponto antissolar, que corresponde à direção oposta ao Sol em relação ao observador. As gotas que contribuem para o arco-íris primário se alinham sobre a superfície de um cone com ângulo fixo. A interseção desse cone com o céu, por sua vez, define o círculo de cores.

Do solo, a linha do horizonte corta esse círculo e impede a visão completa. Assim, a pessoa observa apenas o segmento que fica acima do solo e cria a impressão de um arco. Em situações em que o observador se encontra em altitude, como em aviões ou mirantes muito altos com chuva abaixo, o círculo pode aparecer completo. Isso reforça que a forma verdadeira não corresponde a um semicírculo, mas sim a um anel colorido ao redor do ponto oposto ao Sol. Além disso, em ambientes com relevo muito acidentado, como grandes cânions, é mais provável notar porções maiores desse círculo, justamente porque o horizonte visual é parcialmente rebaixado.

Em quais condições o círculo completo pode ser observado?

Para que o círculo inteiro de um arco-íris fique visível, o observador precisa estar acima das gotas de água que geram o fenômeno. Isso costuma ocorrer em voos, em plataformas elevadas ou próximos a cachoeiras, quando há névoa d’água abaixo do nível dos olhos. Nesses cenários, nada bloqueia a parte inferior do círculo.

• O Sol precisa estar relativamente baixo no céu, preferencialmente nas primeiras horas da manhã ou no fim da tarde. Nesses períodos, o contraste tende a ser maior e o círculo, portanto, mais nítido.
• Deve haver gotas de água finas distribuídas à frente do observador, abaixo de sua posição. Além disso, é importante que essas gotas sejam numerosas e aproximadamente esféricas, o que acontece com frequência em névoas e garoas.
• O céu atrás das gotas costuma ficar mais escuro, o que aumenta o contraste das cores e torna o arco-íris mais fácil de perceber.

Quando essas condições se encontram, o arco-íris circular pode aparecer de forma completa. Esse tipo de observação ocorre, por exemplo, com pilotos e passageiros em voos comerciais, que registram um círculo colorido ao redor da sombra do avião projetada nas nuvens. Em alguns casos, o observador também nota um efeito chamado glória, que surge como anéis coloridos próximos à sombra do avião. Além disso, esse mesmo efeito pode ser visto do alto de montanhas, quando a sombra da pessoa é projetada sobre nuvens ou neblina abaixo, recebendo o nome de “espectro de Brocken”.

Como a física das gotas explica as cores do arco-íris?

A luz do Sol contém um conjunto de comprimentos de onda que correspondem às diferentes cores do espectro visível. Ao entrar na gota, cada faixa de cor sofre refração em um ângulo ligeiramente diferente, fenômeno chamado de dispersão. Isso faz com que vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta se separem em direções distintas dentro da gota.

1. A luz branca do Sol atinge a gota de água.
2. Ao entrar, parte da luz sofre refração e, gradualmente, começa a se separar em cores.
3. No interior da gota, a luz reflete na parede oposta.
4. Ao sair, a luz sofre nova refração e, com isso, reforça a separação das cores.
5. Por fim, cada cor sai em um ângulo fixo e forma o círculo de tons visíveis para quem observa.

O resultado desse processo em bilhões de gotas produz a faixa colorida organizada em anel. Em consequência disso, o vermelho aparece na borda externa do círculo e o violeta na parte interna, pois cada cor sai em ângulo diferente. Em algumas situações, surge um segundo arco-íris, mais fraco e invertido, acima do primeiro, devido a duas reflexões internas na gota. Esse segundo arco também mantém a lógica circular e exibe as cores em ordem oposta. Além disso, entre o arco-íris primário e o secundário costuma existir uma faixa mais escura, chamada banda de Alexandre, resultado da ausência de raios desviados naquela região específica.

O que diferencia o arco visto do solo e o círculo visto do alto?

A diferença principal está no campo de visão e na presença do horizonte. Quem observa do solo enxerga apenas a fração do círculo que fica acima da linha do terreno, enquanto a parte inferior permanece oculta. Em altitude elevada, entretanto, a perspectiva muda completamente. A pessoa se vê cercada por gotas em todas as direções, sem interferência do solo, o que permite a visão do arco-íris completo.

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Esse comportamento mostra que o formato do arco-íris não depende do local específico onde a pessoa se encontra. Na verdade, depende da interação entre luz solar, gotas de água e ângulos de observação. Assim, a imagem familiar de “meio arco” corresponde apenas a uma versão parcial de um fenômeno que, na sua geometria, mantém natureza essencialmente circular. Além disso, compreender essa geometria ajuda a explicar por que cada observador tem, em rigor, o seu próprio arco-íris: as gotas que enviam luz para um observador não são exatamente as mesmas que enviam luz para outra pessoa em posição diferente.