Come funziona un arcobaleno?

L’arcobaleno è un fenomeno naturale che ha affascinato l’umanità per secoli con la sua bellezza che dipinge il cielo con sette colori. Ma come si forma questo spettacolo? In questo articolo, esploreremo il processo scientifico dietro gli arcobaleni, svelando i segreti nascosti dietro questo fenomeno celeste.

Che cos’è un arcobaleno

L’arcobaleno è un fenomeno ottico e meteorologico che si verifica quando la luce del sole attraversa le gocce d’acqua presenti nell’atmosfera e si decompone nei suoi colori componenti. Questo spettacolo cromatico è caratterizzato dalla presenza di strisce di colori vibranti, che sono rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto, disposti secondo questo ordine. Il processo alla base della formazione dell’arcobaleno coinvolge diversi fenomeni ottici, principalmente la rifrazione e la riflessione interna totale della luce nelle gocce d’acqua. Quando la luce del sole attraversa le gocce d’acqua sospese nell’aria, la luce si “spezza” e si separa nei suoi colori costituenti. Questi colori vengono poi riflessi all’interno delle gocce d’acqua, creando il caratteristico spettro di colori dell’arcobaleno.

Per vedere un arcobaleno, è necessario che ci siano gocce d’acqua nell’atmosfera e che il sole stia illuminando contemporaneamente la zona in cui si trovano queste gocce. Spesso, gli arcobaleni si formano durante o dopo una pioggia, quando le gocce d’acqua sono ancora presenti nell’aria. Gli arcobaleni possono apparire completi o parziali, a seconda delle condizioni atmosferiche e dell’osservatore. Sono spettacoli naturali affascinanti e sono stati oggetto di miti, leggende e ispirazione artistica attraverso la storia umana.

L’interazione tra luce e gocce d’acqua

Quando la luce solare incontra una goccia d’acqua sospesa nell’aria, il cambiamento di mezzo – da aria a acqua – causa il fenomeno noto come rifrazione. La luce, composta da diverse lunghezze d’onda corrispondenti a colori diversi, si propaga attraverso la goccia d’acqua. Durante la rifrazione, la velocità della luce varia in base alla lunghezza d’onda, e questo porta alla separazione della luce bianca nei suoi colori fondamentali. Questo processo, noto come dispersione della luce, è il primo passo fondamentale nella formazione dell’arcobaleno. Ogni colore che compone la luce bianca si curva a un angolo leggermente diverso durante la rifrazione, dando luogo allo spettro cromatico. Il rosso, con la lunghezza d’onda più lunga, si curva meno del violetto, che ha la lunghezza d’onda più corta.

Dopo la dispersione, la luce colorata subisce ulteriori riflessioni all’interno della goccia d’acqua. Questo processo, noto come riflessione interna totale, è ciò che amplifica e intensifica i colori dell’arcobaleno. La luce quindi rimbalza più volte all’interno della goccia, creando un effetto che contribuisce alla formazione dello spettro colorato. Quando la luce colorata raggiunge il lato opposto della goccia d’acqua, una parte di essa esce dalla goccia e raggiunge l’osservatore. La luce uscente è ancora separata nei suoi colori componenti, creando l’arcobaleno. È importante notare che ogni goccia d’acqua contribuisce a un singolo colore dell’arcobaleno, e la combinazione di molte gocce crea l’effetto cromatico completo.

Una curiosità sull’arcobaleno

Un aspetto affascinante dell’arcobaleno è l’angolo di 42 gradi tra la direzione della luce solare e la direzione della vista dell’osservatore. Dopo che la luce si è rifratta all’interno delle gocce d’acqua, si verifica il fenomeno della riflessione interna totale. Questa riflessione interna totale avviene solo quando la luce è inclinata ad un angolo inferiore al cosiddetto “angolo critico”. L’angolo critico è determinato dalle leggi della rifrazione e varia a seconda del mezzo attraverso cui la luce si propaga, in questo caso, l’acqua. Quando l’osservatore guarda in direzione dell’arcobaleno, la luce colorata riflessa attraversa le gocce d’acqua a un angolo di circa 42 gradi rispetto alla direzione della luce solare incidente. Questo angolo specifico è ciò che determina la disposizione dei colori nell’arcobaleno e la loro percezione da parte dell’osservatore.

Perché non vediamo arcobaleni ogni volta che piove?

L’associazione frequente tra arcobaleni e pioggia è dovuta al fatto che gli arcobaleni si formano principalmente quando ci sono gocce d’acqua nell’atmosfera. La pioggia fornisce le gocce d’acqua necessarie, mentre il sole che segue la pioggia crea le condizioni ideali per la formazione dell’arcobaleno. Ma allora perché non vediamo arcobaleni ogni giorno e nemmeno ogni volta che piove? Per vedere un arcobaleno, l’osservatore deve trovarsi in una posizione specifica rispetto alla direzione della luce solare e alle gocce d’acqua. L’arcobaleno appare quando la luce del sole è alle spalle dell’osservatore e le gocce d’acqua sono davanti. Inoltre, l’angolo di vista dell’osservatore deve essere di circa 42 gradi rispetto alla direzione della luce solare.

Il sole deve essere basso sull’orizzonte, ad esempio al mattino o al tramonto. In queste condizioni, la luce solare attraversa un’ampia porzione di cielo, interagendo con un maggior numero di gocce d’acqua e aumentando così le probabilità di formare un arcobaleno. Se la pioggia è leggera o c’è un’assenza di gocce abbastanza grandi, l’arcobaleno potrebbe non formarsi. L’arcobaleno poi si forma spesso dopo una pioggia quando il cielo si schiarisce. Tuttavia, se la pioggia è intermittente o la luce solare ritorna troppo velocemente, potrebbe non esserci abbastanza tempo per formare un arcobaleno. Inoltre, nuvole troppo dense o un’umidità eccessiva possono oscurare la luce solare, rendendo difficile la formazione dell’arcobaleno.