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L'arcobaleno: come funziona questo fenomeno affascinante

L'arcobaleno: come funziona questo fenomeno affascinante

Arcobaleno doppio e completoVi ricordate del prisma di Newton? Quello che scompone la luce nei colori dello spettro (violetto, blu, ciano, verde, giallo, arancione, rosso) a causa della diversa inclinazione che i raggi luminosi assumono quando vengono rifratti attraverso un mezzo trasparente.

Ecco, l’arcobaleno è un fenomeno ottico costituito da tanti minuscoli "prismi" (le gocce d'acqua) che danno luogo ad uno spettro quasi continuo di luce nel cielo laddove la luce stessa del Sole attraversa le gocce che si trovano in sospensione dopo o durante un temporale, o presso una cascata o una fontana.

La luce solare si disperde e viene riflessa e rifratta all'interno delle gocce d'acqua e ne vediamo il risultato (l'arcobaleno, appunto) quando intercettiamo con i nostri occhi i vari raggi colorati. Questo avviene quando ci poniamo con un'angolazione di 40/42° rispetto alla direzione dei raggi che incidono sulle gocce.

Per questo vediamo l'arcobaleno quando il Sole è alle nostre spalle. Per la stessa ragione l'arcobaleno non ha un luogo fisico, è un fenomeno "evanescente" che si manifesta ai nostri occhi solo quando ci troviamo nella posizione suddetta. Se ci spostiamo (e/o si sposta l'insieme delle gocce), si "sposta" anche lui, perché "cambia" il luogo dei punti nello spazio dal quale vediamo provenire i raggi dello spettro.

Più in dettaglio, la quantità di luce che viene rifratta dipende dalla sua lunghezza d'onda, quindi dal suo colore. Ad esempio la luce blu (onde più corte) viene rifratta con un angolo maggiore di quella rossa. Seguiamo cosa succede, concentrandoci solo su questi due colori, per gli altri valgono gli stessi ragionamenti: il raggio di Sole, che ci appare bianco e che ci arriva "da dietro", raggiunge la goccia, vi entra e viene scomposto nei vari colori, con il blu che viene "piegato" maggiormente rispetto al rosso. Ora, entrambi vengono in parte riflessi come in uno specchio all'interno della goccia stessa e così attraversano nuovamente la goccia uscendone fuori.

Il risultato finale è che il raggio blu ne esce con un angolo di 40° rispetto al raggio bianco iniziale, mentre il rosso con 42°. Per vederli dobbiamo trovarci in questa posizione e quello che osserviamo è che la luce rossa appare più alta nel cielo, formando i colori esterni dell'arcobaleno. La luce dietro alle gocce di pioggia non va in riflessione interna totale e un po' di luce emerge dal retro; tuttavia, la luce che viene fuori dal retro della goccia è troppo debole per formare arcobaleni percettibili. Vediamo un arco di cerchio (e se va bene anche un intero semicerchio) in quanto il luogo dei punti in cui accade quanto appena descritto è geometricamente simmetrico rispetto a noi. In ogni caso risulta tutto più chiaro osservando anche le figure, dove mostriamo anche come si può avere l'arcobaleno secondario.

Quest'ultimo, più scuro, più grosso e più grande, è visibile all'esterno dell'arco primario ed è dovuto a una doppia riflessione della luce solare dentro le gocce di pioggia. Per questo motivo appare con un angolo di 50°-53°, i colori sono invertiti (perché c'è una riflessione in più) con il blu stavolta all'esterno e il rosso all'interno. Il secondo arcobaleno appare anche più attenuato, perché ad ogni riflessione la luce perde energia e quindi intensità. Molto più rari gli arcobaleni tripli, quadrupli, ecc.. che necessitano di posizioni "geometriche" più "estreme" e sono naturalmente ancora più attenuati.

Altri fenomeni ottici in atmosfera: aloni, aurore.

Schema dell'arcobaleno doppio e completo
Schema delle riflessioni e rifrazioni