¿Por qué el arcoíris tiene forma de arco?

Es uno de los espectáculos más bonitos de la naturaleza y suele sorprendernos. A los niños por su forma y combinación de colores, y a algunos adultos por lo que les evoca. En cualquier caso, su forma curva tiene una explicación científica que mezcla física y geometría.

La descomposición de la luz en gotas de agua

La base de un arcoíris está en la interacción de la luz solar con pequeñas gotas de agua suspendidas en el aire, como las que encontramos en el ambiente en los primeros o últimos compases de un chaparrón.

El arco que aparece es la luz del sol dispersada en los colores del espectro visible. Espera, que te lo explicamos. El caso es que al penetrar en una gota de agua, esta luz se divide en sus colores constitutivos, un proceso conocido como "dispersión".

Este proceso se da en tres fases. En la primera, la luz entra en la gota y se desvía (un fenómeno que se conoce como "refracción") para después rebotar en el interior de la gota. Finalmente, cuando la luz sale vuelve a refractarse.

Cada color se curva en un ángulo ligeramente diferente debido a su longitud de onda particular, siendo el rojo el que menos se desvía y el violeta el que más se curva. Este orden y desviación son los que crean el espectro de colores en el arcoíris, dándonos el clásico patrón de colores.

La geometría del arcoíris, una cuestión de ángulos y perspectiva

En cuanto a su forma curva, no es una pura coincidencia, sino que su estructura se debe a la geometría del ángulo de refracción en cada gota de agua. Al observar 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.

¿Por qué el arcoíris no es siempre igual?

El tamaño y la intensidad del arcoíris dependen de las condiciones meteorológicas y del tamaño de las gotas de agua. Las gotas más grandes tienden a producir colores más intensos y definidos, mientras que gotas más pequeñas generan un arcoíris más difuso. Además, la altura del sol en el cielo también influye: cuanto más bajo esté el sol, más amplio se verá el arco. Si el sol está muy alto, el ángulo necesario no se completa, y el arcoíris simplemente no se forma.

Finalmente, algunos arcoíris muestran colores secundarios o reflejos, formando un segundo arco menos definido alrededor del principal. Este efecto se llama "arcoíris doble" y se debe a una doble reflexión de la luz en el interior de las gotas. Sin embargo, esta segunda formación es más tenue, y sus colores se invierten, con el rojo en la parte inferior y el violeta en la superior.