Arco Iris FÍS.

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Física

Doble arco luminoso coloreado que puede contemplarse cuando el observador se encuentra frente a una cortina de lluvia y tiene el sol a sus espaldas. Los colores son los del espectro solar que por eso se llaman también colores del iris; en el a. principal el violeta está al interior, con un radio de unos 40° y el rojo al exterior, con radio de 42°. En el a. secundario, mucho menos brillante, los colores se suceden en sentido inverso, con radios de 50 y 54°, respectivamente. Frecuentemente se observan, además, los llamados a. suplementarios, concéntricos con todo el sistema, pero de extensión muy limitada y aspecto difuso, con coloraciones menos puras alternando verde y violeta o magenta.

Antes de dar la explicación del fenómeno conviene fijarse en algunas circunstancias notables: 1) Dos observadores distintos no ven el mismo a.¡.; cada uno ve el suyo, pues el centro está en linea recta con el sol y la cabeza del observador; 2) Los radios son invariables (cosa que no ocurre con las coronas), es decir, que son sensiblemente independientes del tamaño de las gotas de agua que los producen; 3) Sólo puede verse el a.¡. mientras las gotas están cayendo libremente.

La explicación del fenómeno no es tan sencilla como a primera vista pudiera parecer. La que se suele encontrar en los libros elementales no puede calificarse de falsa, sino de esquemática: un rayo de luz blanca procedente del sol tropieza con una gota esférica; penetra en ella refractándose y dispersándose, es decir, descomponiéndose en un haz de colores simples; en el fondo de la gota sufren la reflexión total y salen al exterior volviendo a refractarse mientras la dispersión aumenta. Esto vale para el a.¡. primario; el secundario se produciría mediante dos reflexiones totales sucesivas. Teóricamente se pueden considerar otros a. debidos a tres o más reflexiones internas, pero la pérdida de intensidad es tan rápida, que de hecho no se observan. Falla esta teoría elemental en dos puntos principales: 1) los colores del a.¡. no son absolutamente puros como lo son los que salen de un prisma, y 2) existe una pequeña discrepancia entre los radios que da el cálculo y los que da la observación.

Fue Airy el primero que dio al problema una solución completa y satisfactoria, que se ha hecho clásica. En la teoría elemental se supone que la onda de salida correspondiente a un haz monocromático es plana, como la cíe entrada. En la teoría de Airy se demuestra que el perfil de dicha onda de salida es una parábola cúbica, de ecuación y3=-Cx, referida a un sistema de ejes cartesianos con origen en el punto de inflexión. La constante C es positiva y para el a. i. principal vale aproximadamente 0,67 a, donde a es el radio de la gota, lo cual significa que la distribución de la intensidad depende del tamaño de las gotas aunque imperceptiblemente. El perfil de la onda se deforma cuando se aleja de la gota, de modo que el punto de inflexión resulta sustituido por un punto de retroceso. Entonces la distribución de la intensidad depende de la interferencia entre dos ondas representadas por cada una de las dos ramas del perfil que se unen en el punto de retroceso. Estas ondas no son esféricas y por eso la interferencia es complicada, pero el resultado es una distribución seudoperiódica con máximos y mínimos sucesivos, que se pueden calcular por la integral de Airy. El primer máximo que según la teoría elemental sería el único, tampoco coincide exactamente con la desviación mínima de la óptica geométrica. Si el haz incidente es blanco, como lo es la luz solar, el haz emergente se obtendrá componiendo por superposición las intensidades correspondientes a las distintas longitudes de onda. El resultado en las inmediaciones de los rayos de desviación mínima (distintos para cada color) serán colores espectrales casi puros, pero cuanto más nos alejemos mayor será la mezcla hasta caer en un blanco de orden superior, pero de intensidad bajísima.

J. M. JANSÁ GUARDIOLA.

BIBL.: G. AIRY, On the intensity of light in the neighbourhood of a caustic, "Cambridge philosophical transactions" VI (1840) 379; F. MORÁN, Una determinación inmediata de la onda de Airy del arco iris, "Rev. de Geofísica", X, 37, Madrid 1951.