Arco-íris - De Arco + Mitologia Iris (a mensageira da deusa Juno, que vinha do Céu caminhando por este Arco)

Singular

Arco-celeste, arco-da-aliança, arco-da-chuva, arco-de-deus, arco-da-velha (velha lei), arco-íris; Plural : arcos celestes, arcos da aliança, arcos da chuva, arca de deus, arcos da velha. arcos-íris.
O Arco-íris é um dos maiores espetáculos de cores e luzes da Terra.

Um arco de sete cores

Que vai do vermelho ao roxo, passando pelo laranja, amarelo, verde, azul e azul marinho - com todas as suas nuanças e gradações.
O Arco-íris é mencionado por diversas vezes na Bíblia, inclusive no episódio do Dilúvio, quando o Criador assumiu o compromisso de não mais extinguir a humanidade, colocando no Céu, como testemunho desta decisão, um Arco-Iris
O tradicional Arco-íris é na verdade a luz do sol alargada pelo espectro de cores, desviadas para o olho do observador por gotinhas de água, mais especificamente, gotinhas de chuva. O Arco que aparece é apenas metade do círculo que tem um centro comum, mas não é todo visível.

ONDE ESTÁ O SOL QUANDO VOCÊ VÊ O ARCO-ÍRIS?

Esta é uma boa questão para começar a pensar a respeito do processo físico que dá origem ao arco-íris. A maioria das pessoas jamais notou que o sol está sempre atrás delas quando vêem um arco-íris e que o centro do arco circular está na direção oposta do sol. A chuva, naturalmente, está entre o observador e o arco-íris,

COMO SE FORMA O ARCO-ÍRIS?

Para dar esta resposta será necessário lembrar alguns princípios da Fïsica, particularmente da Luz. Trata-se de um problema de Óptica, claramente examinado e provado por René Descartes, o mesmo que idealizou o fantástico experimento de separação da luz do sol ( luz branca ) em sete diferentes cores, através do prisma.
(Esta é uma experiência fácil de se realizar. Peça informações ao seu professor de Fïsica.)
Descartes simplificou o estudo do Arco-íris através do estudo de uma Gota Dágua e de como ela reage a um raio de luz.
Descartes descreve como colocou uma grande esfera, simulando uma grande gota de água, na luz do sol, observando como ela se refletia, o que pode ser comprovado pelo desenho de uma única gota de água.
Ele escreveu : "Eu peguei uma caneta e fiz um cálculo acurado do conjunto de raios que incidiam em diferentes pontos do globo de água, para determinar em que ângulos, depois de duas refrações e uma ou duas reflexões eles chegarão ao olho, e então encontrei que após uma reflexão e duas refrações há muito maior número de raios que podem ser vistos em um ângulo de quarenta e um até quarenta e dois graus, do que em qualquer outro ângulo menor, e de que não há nenhum que possa ser visto em um ângulo maior ´.
É esta concentração de raios perto do menor desvio que dá origem ao arco do Arco-íris. Este raio é denominado de Raio Descartes ou do Arco-íris. Em outras palavras, o Arco-íris se forma exclusivamente entre os ângulos de 40 a 42 graus, em relação do observador aos raios de sol. Em qualquer outro ângulo ele não pode ser observado.
Acontece, entretanto, que quando chove, milhões de gotas caindo, dão origem à formação de arco-íris em diferentes porções do céu, fazendo com que o ângulo não precise ser tão exato assim.
Uma gota de chuva típica é esférica e portanto seu efeito sobre a luz do sol é simétrica ao redor de um eixo através do centro da gota e o caminho da luz ( neste caso o sol ) . Ao pôr do sol o Arco-íris apresenta o maior arco; só não é visto um círculo completo porque o horizonte da terra o impede; quanto mais alto o sol, durante o Arco-íris, menor será o semi-círculo formado.
Deve-se considerar, ainda, que as gotas de chuva possuem vários formatos ao cair, em razão da resistência do ar ou dos ventos. Só as gotas redondas e de preferência menores ( como ao final das chuvas ) são as melhores para produzir o Arco-íris. Deve-se ainda recordar que, em face da distância do sol, todos os raios que incidem numa gota de chuva podem ser consideradas paralelos.

COMO SE FORMAM AS CORES DO ARCO-ÍRIS?

Renée Descartes já tinha feito a sensacional experiência de decomposição do luz branca do sol, através do prisma, decompondo em sete cores - o vermelho, o laranja, o amarelo, o verde, o azul, o azul marinho (indigo) e o violeta (lilás ou roxo). É uma experiência que vale a pena ser feita, utilizando um raio de sol, num quarto escuro. Vamos tentar ? ou solicitar a colaboração do professor de Ciências ?
A tradicional descrição do Arco-íris é a de que ele é feito de sete cores - vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, azul marinho ( índigo ) e violeta. Na verdade o Arco-íris é um continuum de cores, do verde ao violeta, e até mesmo além das cores que os olhos conseguem enxergar, como se dá com o espectro infra-vermelho (percebido pelo calor) e ultra-violeta, não observável a olho nu.
As cores do Arco-íris originam-se de dois fatos básicos:
1. A luz do sol é composta de um conjunto de cores que o olho consegue detectar. O conjunto dessas cores, quando combinadas, parece branca ao olho humano, conforme foi demonstrado por Sir Isaac Newton em 1666.
2. A luz das diferentes cores são refratadas de maneira diferentes, quando passam de um meio (ar, por exemplo) para outro ( água, vidro, por exemplo ).
Assim, foi determinado como o raio de luz é curvado, refratado, quando atravessa regiões de diferentes densidades, como o ar e a água. Quando um raio de luz atravessa uma gota de chuva é desviado para a luz vermelha e azul, verifica-se que o ângulo de desvio é diferente para as duas cores porque a luz azul é curvada ou refratada mais que a luz vermelha.
Isto significa que quando vemos o Arco-íris e sua banda de cores nós estamos olhando a luz refratada e refletida de diferentes gotas de chuva, algumas vistas em um ângulo de 42­o graus; algumas a um ângulo de 40o­ graus, e algumas entre ambos.

O DUPLO ARCO-ÍRIS

Muitas vezes os raios de luz, além de refletir e refratar uma única vez - dando origem ao Arco-íris primário, reflete e refrata mais vezes, saindo das gotícolas de chuva em diferentes ângulos de 50 ou 53 graus, dando origem a um segundo arco-íris, com cores mais fracas. É comum que este arco-íris secundário tenha as cores ao contrário do primário.

A PUREZA DAS CORES

A "pureza" das cores do arco-íris depende do tamanho das gotas de chuva; gotas grandes - diâmetro de poucos milímetros - dão origem a cores brilhantes e bem definidas; gotas pequenas - diâmetro ao redor de O,001 mm - produzem cores superpostas, perto do branco. Isto considerando que as gotas são sempre esféricas, o que nem sempre acontece, pois nunca há um simples e mesmo tamanho das gotas, mas uma mistura de diferentes tamanhos e formatos, dependendo dos ventos, da resistência do ar ao cair ou do choque com outras gotas, resultando daí um arco-íris composto; de qualquer forma há um tamanho e formato ideal para sua reprodução.

O ARCO-ÍRIS E OS ÓCULOS DE SOL

Os óculos escuros de sol poderão dar uma aparência diferente ao Arco-íris, especialmente se forem polarizados; se virados, poderão fazer o arco-íris desaparecer.

QUAL A DISTÂNCIA DO ARCO-ÍRIS?

Ele parece longe ou perto, dependendo da distância das gotas de chuva.

A LUA PODE PROVOCAR UM ARCO-ÍRIS?

Sim. Um marinheiro descreve em palavras de grande beleza e romantismo a observação de um arco-íris em alto mar, com uma lua cheia maravilhosa.

O ARCO-ÍRIS REFLETIDO

É possível, às vezes, que além das luz direta do sol, haja a luz do sol refletida no mar, numa lagoa ou outro objeto brilhante, dando origem, assim, a um outro Arco, superposto em ângulo diferente do primeiro.
Fonte: www.ifi.unicamp.br

Arco Íris

O arco-íris

Óptica
luz branca é uma mistura de muitas cores. Quando a luz branca, atravessando o ar, passa obliquamente por uma substância de densidade diferente, como um prisma de vidro ou uma massa de água, as várias cores se separam produzindo o espectro.
Forma-se um espectro de grandes proporções quando a natureza expõe um arco-íris no céu. Nesse caso os "prismas" da natureza são as milhares de gotículas de água que permanecem no ar depois da chuva. Cada gotícula decompõe a luz branca do Sol num pequenino espectro.
O arco-íris ocorre devido à refração da luz nas gotículas de água no ar. Inicialmente, a luz branca proveniente do Sol sofre refração ao atingir cada gota de água, prosseguindo no interior dela. Quando atinge a outra superfície de separação da gota, ela sofre reflexão total e continua em seu interior. Ao atingir outro ponto da superfície de separação, as luzes coloridas sofrem nova refração e saem da gota, retornando à atmosfera separadamente, produzindo o efeito característico do arco-íris.
Um observador situado na superfície da Terra não recebe todas as cores provenientes de uma só gota, pois estas cores, ao atingirem o solo, estão muito separadas umas das outras. Como se pode ver na figura acima, a luz vermelha que chega ao observador é proveniente de gotas mais altas e a luz violeta, de gotas mais baixas.
Os arco-íris só podem ser vistos quando se está de costas para o Sol e de frente para as gotas de chuva iluminadas.
Do alto de uma montanha ou a bordo de um avião é possível ver-se o arco-íris completo, em toda sua circunferência. Da superfície da Terra, só enchergamos parte dele, ou seja, um "arco", porque a própria Terra intercepta grande parte dos raios solares.

A natureza exerce enorme fascínio sobre os homens que sempre tentaram conhecê-la e interpretá-la.
Um dos mais belos fenômenos naturais, facilmente observável, é o arco-íris. Um efeito luminoso enigmático para quem não compreende a natureza da luz e cercado por mitos. Por exemplo, a tradição européia diz que nas extremidades do arco-íris há potes com ouro e a tradição brasileira diz que quem passar por baixo do arco-íris muda de sexo. Pode-se afirmar qualquer coisa, pois o arco-íris não tem extremidades e nem é possível passar por baixo dele.
O fenômeno do arco-íris foi explicado por Isaac Newton, um dos físicos mais famosos de todos os tempos, que viveu na Inglaterra de 1642 a 1727. Ele lançou as bases da mecânica clássica, também chamada newtoniana, que explica o movimento dos corpos. Introduziu a noção de gravitação universal e calculou a aceleração da gravidade terrestre. Paralelamente a Leibniz, ele desenvolveu a teoria do cálculo diferencial. Também estudou a luz e tratou-a como onda, introduzindo o conceito de freqüência.
Newton explicou a natureza do arco-íris. Depois disso, em 1820, Keats, um importante poeta inglês, ficou indignado com o fato de haver explicação natural para um fenômeno tão belo e envolto em misticismo. O poeta em seus versos acusou Newton de destruir a "poesia do arco-íris"!

Isaac Newton criou um arco-íris num quarto escuro. Um pequeno buraco num anteparo deixava passar um raio de sol. No caminho dessa luz, colocou um prisma de vidro transparente que refratava (mudava a direção) do raio de sol por um ângulo, assim que ele penetrava no vidro, e depois novamente quando passava pela face mais distante para voltar ao ar. Quando a luz batia na parede do fundo do quarto de Newton, as 7 cores do espectro ficavam claramente evidentes.
Newton não foi o primeiro a criar um arco-íris artificial com um prisma, mas foi o primeiro a usá-lo para demonstrar que a luz branca é uma mistura de diferentes cores. O prisma as separa, inclinando-as por diferentes ângulos: o azul por um ângulo mais agudo que o vermelho; o verde, o amarelo e o laranja por ângulos intermediários.
Algumas pessoas pensavam que o prisma mudava a qualidade da luz, dando cores a ela, ao invés de separar as cores de uma mistura já existente. Newton decidiu a questão com dois experimentos em que a luz passava por um segundo prisma. Inicialmente ele colocou, depois do primeiro prisma, uma fenda que deixava passar apenas uma pequena parte do espectro, digamos, a porção vermelha. Quando essa luz vermelha era novamente refratada por um segundo prisma, aparecia apenas luz vermelha. Isso demonstrava que a luz não é qualitativamente alterada por um prisma, apenas separada em componentes que estariam normalmente misturados. Em seu outro experimento decisivo, Newton virou o segundo prisma de cabeça para baixo. As cores do espectro que haviam sido desdobradas pelo primeiro prisma voltaram a ser reunidas pelo segundo. O que apareceu foi a luz branca reconstituída.
A maneira mais fácil de compreender o espectro é pela teoria da luz como onda. O importante sobre as ondas é que nada realmente viaja todo o percurso da fonte ao destino. O movimento que se produz é local e em pequena escala. O movimento local desencadeia o movimento no próximo trecho local, e assim por diante, ao longo de toda a linha, como a famosa "ola" ("onda", em espanhol) dos estádios de futebol.
O que ocorre num prisma de vidro ou em uma gota de chuva para dividir a luz branca em suas cores separadas? E, por que os raios de luz são desviados pelo vidro e pela água? A mudança resulta de um retardamento da luz, enquanto ela se move do ar para dentro do vidro (ou da água). Ela acelera de novo quando sai do vidro.
Como é que isso pode ocorrer se Einstein demonstrou que a velocidade da luz é a grande constante física do universo e que nada pode se mover mais rápido? A resposta é que a lendária velocidade da luz, representada pelo símbolo c, só é alcançada no vácuo. Quando se desloca por uma substância transparente como vidro ou água, a luz é retardada por um fator conhecido como o "índice de refração" dessa substância. É também retardada no ar, mas com menos intensidade.
Entretanto, por que a diminuição da velocidade se traduz numa mudança de ângulo? Se o raio de luz aponta perpendicularmente para dentro de um bloco de vidro, ele vai continuar no mesmo ângulo (rumo à frente), mas retardado. Entretanto, se ele entra na superfície por um ângulo oblíquo, é refratado para um ângulo mais aberto, quando começa a se deslocar mais devagar.
O índice de refração de uma substância, digamos do vidro ou água, é maior para a luz azul que para a vermelha. Seria possível pensar que a luz azul é mais lenta que a vermelha, emaranhando-se na moita de átomos do vidro e da água, por causa de seu pequeno comprimento de onda. A luz de todas as cores se emaranha menos entre os átomos mais esparsos do ar, mas a azul ainda se desloca mais devagar do que a vermelha. No vácuo, onde não há átomos, a luz de todas as cores tem a mesma velocidade: o grande e universal máximo c.
As gotas de chuva têm um efeito mais complicado do que o prisma de Newton. Sendo aproximadamente esféricas, sua superfície posterior age como um espelho côncavo. Assim, elas refletem a luz do sol depois de refratá-la, sendo essa a razão pela qual vemos o arco-íris na parte do céu oposta ao Sol.
Imagine que você se acha com as costas viradas para o Sol, olhando para a chuva, de preferência com um pano de fundo sombrio. Não veremos um arco-íris se o Sol estiver mais alto no céu do que 42 graus acima do horizonte. Quanto mais baixo o Sol, mais elevado o arco-íris. Quando o sol nasce pela manhã, o arco-íris, se houver algum visível, se põe. Quando o Sol se põe no entardecer, o arco-íris se eleva. Assim, vamos assumir que é de manhã cedo ou no fim da tarde. Vamos pensar numa gota de chuva particular como uma esfera. O Sol está atrás e um pouco acima de você, e a sua luz entra na gota de chuva. Na fronteira do ar com a água, a luz é refratada e os diferentes comprimentos de onda que formam a luz do Sol são inclinados em diferentes ângulos, como no prisma de Newton. As cores desdobradas passam pelo interior da gota de chuva até atingirem a parede côncava do outro lado, onde são refletidas de volta e para baixo. Elas saem de novo da gota de chuva, e algumas acabam em nosso olho. Quando voltam a passar da água para o ar, são refratadas novamente, sendo as diferentes cores mais uma vez inclinadas em ângulos diferentes.
Assim, um espectro completo – vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta – se origina da nossa única gota de chuva, e outros semelhantes se originam das outras gotas de chuva nos arredores. Mas, de qualquer gota de chuva, apenas uma pequena parte do espectro atinge o nosso olho. Se o olho recebe um raio de luz verde de uma gota de chuva particular, a luz azul daquela gota de chuva passa acima do olho, e a luz vermelha passa por baixo. Assim, por que vemos um arco-íris completo? Porque há muitas gotas de chuva diferentes. Uma faixa de milhares de gotas de chuva está lhe dando a luz verde (e ao mesmo tempo a luz azul para alguém que esteja adequadamente colocado acima de você, e ao mesmo tempo a luz vermelha para outra pessoa abaixo de você). Outra faixa de milhares de gotas de chuva está lhe dando a luz vermelha (e a luz azul para outra pessoa...), outra faixa de milhares de gotas de chuva está lhe dando a luz azul, e assim por diante. As gotas de chuva que lhe transmitem a luz vermelha estão todas a uma distância fixa de você – razão pela qual a faixa vermelha é curvada (você está no centro do círculo). As gotas de chuva que lhe transmitem a luz verde também estão a uma distância fixa de você, mas é uma distância menor. Assim, o círculo em que você se acha tem um raio menor, e a curva verde se encontra dentro da curva vermelha. A curva azul vai então estar dentro da verde, e todo o arco-íris é construído como uma série de círculos com você no centro. Os outros observadores verão arco-íris diferentes, neles centrados.
Assim, ao invés do arco-íris estar fixado num "lugar" particular, há tantos arco-íris quantos olhos contemplando a tempestade. Olhando para a mesma chuva de lugares diferentes, observadores diferentes vão formar seus arco-íris separados usando a luz de diferentes grupos de gotas de chuva.
O poeta inglês indignou-se por Newton ter explicado o arco-íris, mas, para muitos, a Natureza fica sempre mais bela quanto melhor compreendida.
Regina Helena Porto Francisco
Fonte: www.cdcc.usp.br

Arco Íris

Como se forma um arco-íris?

Um arco-íris aparece quando a luz branca que vem do Sol atravessa uma gota d’água na atmosfera. Boa parte da luz é desviada pela refração e refletida no interior da gota e novamente refratada para fora.
Quando a luz branca do Sol atravessa uma superfície líquida, como a gota de chuva, por exemplo, a refração faz aparecer um espectro, formado pelas cores: violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.
Todas as gotas de chuva refratam e refletem a luz do Sol da mesma forma, mas somente a luz de algumas delas chega até o olho do observador.
O fenômeno é muito bonito! Mas é uma ilusão de ótica cuja posição aparente depende da posição do observador.
Os arco-íris mais espetaculares aparecem quando metade do céu ainda está um pouco escuro com nuvens de chuva e o observador está em um local com céu claro.
Também podemos encontrar arco-íris perto de cachoeiras.

As cores do arco-íris

Em seu livro sobre a Óptica, Newton explica a origem das cores do arco-íris.
Esse belo fenômeno acontece quando o sol está relativamente baixo, em um lado do céu, e no outro lado existem nuvens escuras de chuva.
Para entender como surge o arco-íris vamos ver o que acontece com um raio de luz do sol que incide sobre uma gota de água que está na nuvem.
Esse raio se dispersa em suas cores componentes e cada componente se desvia de um ângulo diferente.
Para simplificar, vamos examinar apenas as componentes vermelha e violeta. Como já sabemos, a componente violeta se desvia mais que a vermelha.
Depois de percorrer um pequeno trecho, cada raio chega à superfície interna da gota.
Nessa superfície, uma parte do raio de luz sai da gota mas outra parte se reflete e continua na gota até atingir de novo a superfície.
Nesse ponto, parte da luz sai da gota, desviando-se novamente.
É essa luz que, eventualmente, pode chegar a seus olhos.
Ao sair da gota, o ângulo da componente violeta com a direção do raio de sol é MENOR que o ângulo da componente vermelha.
É fácil ver, portanto, que a luz de cada cor que chega a seu olho foi desviada por gotas de alturas diferentes. A luz violeta que atinge seu olho foi desviada por uma gota mais baixa, enquanto que a luz vermelha foi desviada por outra gota mais alta. Isso explica a ordem das cores no arco-íris: o vermelho fica na parte de fora do arco.
Nesse desenho mostramos os raios do Sol penetrando horizontalmente mas o resultado é semelhante, mesmo se eles vierem em outra direção.

As cores vistas em ângulos diferentes.

Se a luz do Sol vier na horizontal, isto é, se o Sol estiver bem baixo no horizonte, o ângulo entre o arco e a horizontal é 42°, aproximadamente, um pouco maior para o vermelho e um pouco menor para o violeta. É claro que essa condição é satisfeita para todos os pontos em um cone com vértice no olho do observador e semi-ângulo igual a 42°.
Essa é a razão pela qual vemos um arco. Quanto mais alto o Sol estiver, menor a parte visível do arco. Se o Sol estiver mais alto que 42°, o arco não é visto pois fica abaixo do horizonte.
O arco, na verdade, é formado pelo desvio e dispersão da luz do Sol em um número enorme de gotas. Só algumas dessas gotas desviam a luz na direção de seus olhos. Outra pessoa a seu lado verá a luz desviada por outras gotas diferentes, isto é, verá outro arco-íris. Cada um vê seu arco-íris particular e cada um está no vértice de seu próprio arco-íris.
Qual é a distância do arco-íris até você? Qualquer uma, pois qualquer gota situada nas laterais do cone que tem seu olho no vértice pode contribuir para seu arco-íris.
As gotas podem estar até bem perto de você, como acontece quando você vê um arco-íris formado pela água espalhada por um dispersor de jardim.

As cores do arco-írisA deusa grega Íris, portadora do trovão e mensageira dos deuses, tem um arco de sete cores. Nunca houve dúvida.
As cores são sete. Os mistérios da física é que demoraram a ser deslindados. Os sábios especularam muito, desde Aristóteles a Bacon, pois o fenómeno é misterioso.
O primeiro a estar muito perto de uma explicação aceitável foi o jesuíta Antonio de Dominis, que, em 1591, fez experiências com um globo de vidro cheio de água e verificou que este podia projectar círculos de cores, desde que convenientemente iluminado. Extrapolou a ideia para muitos globos de água e muito pequenos - as gotículas das nuvens - e percebeu que um observador no solo apenas via cores diferentes porque via luz proveniente de refracções diferentes.
René Descartes foi mais longe. Mediu os ângulos de reflexão e refracção da luz nas gotículas de água e calculou que o arco-íris deveria ter um raio de 41,3 graus, o que verificou ser verdade.
O que lhe faltava era saber de onde vinham as cores, e isso só Newton percebeu, após as experiências de decomposição da luz branca nas cores do arco-íris. As diferentes cores estavam misturadas na própria luz do Sol, conforme explicou na sua obra «Óptica», de 1704.
E eram sete. Quem quiser ler esta e muitas outras «Histórias da Luz e das Cores», pode lê-lo na magnífica obra do mesmo nome, do professor Luís Miguel Bernardo, editada pela Universidade do Porto. Vem tudo no primeiro volume.
O segundo, acabado de sair, centra-se no século XIX. Mas a história não acabou. Não vemos sete cores no arco-íris. Tente o leitor. Os seus olhos só distinguirão quatro ou cinco. Até nos maiores cientistas, como Newton, o peso do mito pode ser um fardo.
As ciências experimentais como a Física e a Química, utilizam o denominado método científico experimental, cujas principais fases iremos analisar a seguir, utilizando-nos de um caso real. Para tanto, propomos que você se imagine como se já fosse um cientista e tivesse como incumbência dar uma explicação a um fenômeno natural como, por exemplo, o arco-íris.
Como você planejaria sua atividade e que passos darias até encontrar resposta a todas as perguntas que envolvem o fenômeno do arco-íris?
No decorrer desse texto vamos tentar guia-lo por esse caminho onde você será o principal protagonista.

A observação do fenômeno

Uma vez definido o fenômeno de estudo, a primeira coisa a fazer é observar seu acontecimento, as circunstâncias em que se produz e suas características.
Esta observação deve ser reiterada (deve ser realizada várias vezes; deve ser repetida), minuciosa (deve-se tentar apreciar o maior número possível de detalhes), rigorosa (deve ser realizada com a maior precisão possível) e sistemática (deve ser efetuada de forma ordenada).

Em que circunstâncias aparece o arco-íris?

A observação reiterada e sistemática do fenômeno lhe permitirá constatar que o arco-íris aparece quando chove (mais tarde você poderá simular uma chuva, em laboratório, e não precisará mais ficar aguardando 'chover')e, além disso, que há sol (mais tarde, no laboratório, um boa lâmpada irá simular o Sol). A mesma seqüência de observações fará com que você perceba que o arco-íris só será visível quando você estiver situado entre o sol e a chuva, de costas para o Sol. Você anotará em seu caderninho de campo: "O arco-íris não é visto de qualquer lugar que eu fique e, quando o vejo, estou de costas para o Sol entre o sol e a chuva". Na ilustração acima, onde você deverá estar? Onde está o Sol?

Qual é a forma do arco-íris?

A forma do conhecido arco-íris é a de um arco de circunferência. Entretanto, você não deverá anotar apenas isso em seu caderno de campo. Anote também: "Será que observado do alto de uma montanha o tamanho desse arco aumenta? diminui? O raio médio da circunferência se altera? Se eu estivesse num avião teria ele, ainda, a forma de um arco?"

Que cores ele nos mostra e em que ordem aparecem?

Poderás observar (apenas usando seus olhos) que existe sete cores diferentes no arco-íris e que são, de dentro para fora do arco: violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.

Em busca de informações

Você não é a primeira pessoa a observar um arco-íris, com certeza. Assim, como passo seguinte e com o objetivo de confirmar e reafirmar as observações efetuadas, deve-se consultar livros, enciclopédias ou revistas científicas que já descrevem algo sobre o fenômeno que está sendo, mais uma vez, estudado. Não esqueça que nos livros encontram-se os conhecimentos científicos acumulados através da história. Por esse motivo, a busca de informações e a utilização dos conhecimentos existentes são imprescindíveis em todo trabalho científico.

Coincidem as informações que encontrou com aquelas obtidas durante suas observações?

A consulta de qualquer livro de Física Elementar lhe confirmará que as conclusões a que chegou através de suas observações são corretas. Ou seja:
a) O arco-íris só aparece e pode ser visto quando chove e, além disso, há sol.
b) O arco-íris sempre apresenta as mesmas cores e essas se sucedem na mesma ordem.
Atende para o fato de que esse livro texto elementar não deu resposta ás suas dúvidas anotadas em seu caderno de campo; talvez outros livros as dêem.
Que outras informações puderam ser colhidas nos livros consultados?
A consulta de livros e revistas poderão lhe informar que, por exemplo, por vezes, aparecem dois arcos-íris, se bem que um deles é bem mais tênue que o outro e, portanto, mais difícil de se ver.

A formulação de hipóteses

Depois de observar o fenômeno e de reunir documentação suficiente sobre observações já efetuadas por outros, o cientista deve buscar uma argumentação que permita explicar e justificar cada uma das características de tal fenômeno. Como primeiro passo desta fase, o cientista começa a fazer várias conjecturas ou suposições a partir das quais, posteriormente, mediante uma série de comprovações experimentais, elegerá como explicação do fenômeno a mais completa e simples, a que melhor se ajuste aos conhecimentos gerais da ciência no momento. Essa explicação racional, razoável e suficiente se denomina hipótese científica.

O arco-íris é um fenômeno luminoso?

Parece que sim, posto que só se produz quando existe uma fonte luminosa (o Sol).

Sua existência tem algo a ver com água?

A resposta também é afirmativa, posto que o arco-íris só aparece quando chove.

É um fenômeno de reflexão ou de refração?

Parece que, a princípio, podemos descartar a reflexão, posto que o aparecimento do fenômeno não se observa em nenhum corpo opaco refletor. Por sua vez, podemos propor a hipótese de que o arco-íris seja um fenômeno de refração da luz e que seu aparecimento se dê por causa da decomposição da luz solar quando essa passa através das gotas de água da chuva. É uma hipótese razoável.

A comprovação experimental

Uma vez formulada a hipótese, o cientista deve comprovar que esta é válida em todos os casos e, para tanto, deve realizar experiências nas quais se reproduzam o mais fielmente possível as condições naturais nas quais se verifique o fenômeno estudado. Se sob tais condições o fenômeno acontece, a hipótese terá validade, ou seja, será uma proposição verdadeira nas condições estipuladas.

Como faremos para reproduzir as condições de aparecimento do arco-íris?

Comecemos por simular uma chuva e, para tanto devemos ter água caindo em gotas. Não é difícil fazer isso, basta pegar uma mangueira de regar o jardim e apertar a extremidade de saída com as mãos de modo a fazer um jato fino e largo. Máquinas de lavar, elétricas, permitem o ajuste desse fluxo com facilidade. Dirija o jato para cima e dê suas costas para o Sol. Pronto, você reproduziu com fidelidade os requisitos indispensáveis para o aparecimento do arco-íris; simulou uma chuva, há sol e você se colocou entre ambos.

Que acontecerá quando você realizar essa experiência?

Se seguiu todos os passos descritos acima, poderá comprovar que no horizonte da 'chuva' irá aparecer um pequeno arco-íris.

Poderemos admitir como válida a hipótese formulada?

Tudo indica que sim, porque com as mesmas condições que se dão na Natureza, porém em escala reduzida (tudo de tamanho menor), conseguimos obter um arco-íris.

Trabalhando no laboratório

Uma das principais atividades do trabalho científico é a de realizar medidas sobre as diversas variáveis que intervêm no fenômeno que se estuda e que são susceptíveis de serem medidas.
Se nos prendermos ao experimento descrito acima dificilmente você poderá tirar alguma medida, por isso, é conveniente repetir a experiência em um lugar adequado onde isso possa ser feito, ou seja, num laboratório.
Estas experiências realizadas nos laboratórios se denominam 'experiências científicas' e devem cumprir os seguintes requisitos:
a) Devem permitir realizar uma observação sobre a qual possa-se extrair dados.
b) Devem permitir que os distintos fatores que intervêm no fenômeno (luminosidade, temperatura etc.) possam ser individualmente controlados.
c) Devem permitir que se possam realizar (repetir) tantas vezes quanto necessárias e por distintos operadores.
Habitualmente, em ciências experimentais, os trabalhos de laboratório permitem estabelecer modelos, que são situações ou suposições teóricas mediante as quais se efetua uma analogia (formalização)(equivalência) entre o fenômeno que ocorre na Natureza e o experimento que realizamos.

Como poderemos fazer uma montagem em laboratório na qual se possa efetuar medidas sobre o fenômeno arco-íris?

Com a ajuda de seu professor você poderá realizar sem muita dificuldade uma experiência sobre o arco-íris. Para tanto deverá preparar um modelo no qual se verifique as seguintes equivalências:

Na Natureza	No Laboratório
O sol se substitui por	Uma fonte de luz ( projetor )
Os raios de Sol se substitui por	Um estreito feixe de luz procedente da fonte
Uma gosta de chuva se substitui por	Um balão cheio de água
O fundo do céu se substitui por	Uma tela na qual se recolhe a luz

Montagem de laboratório para a observação do arco-íris e seu esquema explicativo.
Efetuando-se a montagem acima ilustrada e dirigindo o feixe de luz proveniente da fonte para o balão cheio de água (e isso pode ser substituído por um bulbo de lâmpada incandescente da qual se extraiu seu 'miolo'), poderá observar projetado sobre a tela, uma em seguida a outra, as cores que formam o arco-íris.

Como explicaremos o que ocorreu?

Quando o estreito feixe de luz branca atinge a região [A] do balão e penetra na água ele muda de direção ampliando a abertura do feixe (observe a região interna de [A] para [B]). Ao chegar na região [B], ao sair da água, novamente ocorre outra mudança de direção e nova ampliação da abertura do feixe --- é o fenômeno da refração que se faz acompanhar da decomposição da luz branca. As luzes coloridas provenientes dessa decomposição atingem a tela. Cada gota da chuva, nas condições citadas, tem esse comportamento. Devida a essas milhares gotas de chuva que participam dessa decomposição é que se torna possível ver o arco-íris no horizonte.
Além dessa importante observação, o experimento permite medir os diferentes ângulos de desvio de cada uma das cores em relação ao estreito feixe incidente inicial. É um experimento científico, preenchendo os requisitos básicos.
Assim, se comprova que a formação do arco-íris pode ser explicada pelas leis que regem a refração da luz.

O tratamento dos dados

As medidas efetuadas sobre os fatores que intervêm em um determinado fenômeno devem permitir encontrar algum tipo de relação matemática entre as grandezas físicas que caracterizam o fenômeno em estudo. Para chegar a essa relação matemática os cientistas procuram seguir dois passos prévios: a análise dos fatores pertinentes e a construção de tabelas e gráficos.

1. Análise dos fatores

O estudo em profundidade de um fenômeno requer, em primeiro lugar, a determinação de todos os fatores que nele intervêm. Para que esse estudo se realize de forma mais simples, fixa-se uma série de grandezas que não variem (variáveis controladas) e se estuda a maneira como varia uma dada grandeza (variável dependente) quando se produz uma variação de outra grandeza (variável independente). Assim, se reconhecidamente existem 10 fatores intervindo num dado fenômeno, fixam-se os valores de 8 deles, variamos deliberadamente (de modo muito bem determinado) um dos dois restantes e se determina, mediante cuidadosas medidas que variação sofreu aquele fator restante. Isso se repete ciclicamente até esgotar toda a série.
Eis um exemplo prático: queremos estudar o alongamento que uma mola que tem uma das suas extremidades fixa experimenta, quando colocamos 'pesos aferidos' na outra extremidade. Há um conjunto de grandezas que, de início, poderão ser consideradas com valores invariáveis (temperatura do recinto onde se faz o experimento, a pressão barométrica dentro do mesmo, a umidade relativa do ar etc.), que correspondem ás variáveis controladas. Nesse caso, a medida da deformação da mola (seu alongamento) será a variável dependente e o 'peso' (massa aferida ou massor) que colocamos na extremidade livre será a variável independente (nós escolhemos os valores desses pesos).