El fenómeno de los anillos de Newton, llamado así por Isaac Newton, es un patrón de interferencia causado por la reflexión de la luz entre dos superficies, una curva y la otra plana.
Con una luz monocromática el patrón se observa como una serie de anillos concéntricos que alternan entre brillantes y oscuros, estos anillos tienen su centro en el punto de contacto entre las dos superficies. Cuando se coloca la luz blanca se forma un patrón de anillos concéntricos con los colores del arcoíris. Esto, porque los rayos de distinta longitud de onda que componen la luz blanca hacen interferencia en grosores distintos del aire entre el lente y la superficie plana. Los anillos blancos son formados por interferencia constructiva entre las luces reflejadas de ambas superficies, mientras que los anillos negros son causados por interferencia destructiva. Como la pendiente de la superficie de la lente aumenta a medida que nos alejamos del punto de contacto, los anillos están cada vez menos separados a medida que se alejan del centro. Si nos alejamos de un anillo oscuro a otro, por ejemplo, aumenta la diferencia de trayectoria en una cantidad λ, longitud de onda, correspondiendo con el mismo incremento del grosor del nivel del aire λ/2.
La ecuación para el radio del m-ésimo anillo de Newton es:
![{\displaystyle x_{m}=\left[\left(m+{1 \over 2}\right)\lambda R\right]^{1/2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/279136311c3fd7366f1002384f08028511a9092e)
donde:
- R indica el radio de la curvatura del lente por el que pasa la luz,
- m indica 0,1,2,3... que depende del anillo (primero, segundo, etc.),
- λ indica la longitud de onda de la luz que pasa.
De la ecuación se deduce que para poder observar los anillos de Newton, es necesario que el radio de la superficie curva sea muy grande, o mejor dicho, que dicha superficie sea casi plana, puesto que la longitud de onda de la luz visible es del orden de los nanómetros. De ahí que el fenómeno pueda apreciarse juntando dos placas planas transparentes, y presionando una sobre la otra con una punta; de esa manera si la placa sobre la que se ejerce la presión es delgada se deformará adquiriendo la ligera curvatura necesaria y suficiente para poder ver los anillos de Newton.
Este fenómeno fue descrito por primera vez por Robert Hooke en su libro Micrographia aunque su nombre deriva del físico Isaac Newton, quien fue el primero en analizarlo en 1717.
Un arco circuncenital, también llamado arco de Bravais, es un fenómeno óptico similar a un arco iris pero que surge de la refracción de la luz solar a través de cristales de hielo en nubes cirrus generalmente. Forma no más de un cuarto de esfera centrada en el cenit y en la dirección del Sol. Sus colores van del azul en el interior al rojo en el exterior del arco. Es uno de los halos más brillantes y coloridos. Sus colores son más puros que los del arco iris porque hay mucha menos superposición de colores en su formación. La primera impresión es la de un arco iris al revés.
Un arcoíris12 o arco iris es un fenómeno óptico y meteorológico que consiste en la aparición en el cielo de un arco (en ocasiones, dos o más) de luz multicolor, originado por la descomposición de la luz solar en el espectro visible, la cual se produce por refracción, cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en la atmósfera terrestre. Es un arco compuesto de arcos concéntricos de colores, sin solución de continuidad entre ellos, con el rojo hacia la parte exterior y el violeta hacia el interior. A altitud suficiente, por ejemplo cuando se viaja en avión, el arcoíris se puede observar en forma de círculo completo.
Menos frecuente es el arcoíris doble, el cual incluye un segundo arco más tenue con los colores invertidos, es decir, el rojo hacia el interior y el violeta hacia el exterior. Si bien el arcoíris es un gradiente continuo de colores espectrales, se considera que estos pueden definirse en siete colores fundamentales: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta, los cuales equivalen a los mencionados por el científico Isaac Newton en 1704 (rojo-naranja-amarillo-verde-azul-añil-violeta, respectivamente). En el sistema RGB, que es un modelo de colores luz, corresponde a tres colores primarios, dos secundarios y dos terciarios.
Historia de la ciencia del arcoíris[editar]
Hace más de tres siglos, Isaac Newton logró demostrar con ayuda de un prisma que la luz blanca del Sol contiene colores partiendo del rojo, a su vez pasando por el naranja, amarillo, por el verde, por el azul y añil hasta llegar al violeta. Esta separación de la luz en los colores que la conforman recibe el nombre de descomposición de la luz blanca.
El experimento de Newton no es difícil de reproducir, pues no es necesario contar con instrumental científico especial para llevarlo a cabo. Incluso hoy en día resulta ser uno de los más hermosos e instructivos para los principiantes estudiantes de óptica en educación básica, media y superior. Se puede lograr con un prisma, el cual, al ser atravesado por un rayo de luz blanca del sol, hace que el rayo de luz solar se refracte y salga por el lado opuesto descompuesto en los siete colores ya mencionados.
Pero muchos siglos antes de que naciera Newton la naturaleza ya había descompuesto la luz del Sol una y otra vez ante los ojos de nuestros antepasados. Algunas veces, después de una llovizna; otras, una tormenta. Lo cierto es que el arcoíris fue durante mucho tiempo un fenómeno tan asombroso como sobrecogedor. Tomado en ocasiones como portador de augurios, en otras como inspiración de leyenda, y siempre como una obra de arte, nunca ha dejado de parecer maravilloso al ser humano.
La teoría completa del arcoíris fue, sin embargo, anterior a Newton: en la Edad Media Teodorico de Freiberg proporcionó una de las primeras teorías acerca de la naturaleza del arco iris,luego desarrollada por Antonius de Demini en 1611,[cita requerida] fue retomada y refinada luego por René Descartes. Posteriormente, la teoría moderna fue propuesta en forma inicial por Thomas Young y, más tarde elaborada en detalle por Richard Potter y George Biddell Airy.
Explicaciones sobre el fenómeno[editar]
Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia, estas se encargan de producir el efecto, pero en algunas mucho más que en otras. Los rayos del Solinvolucrados con la formación del arcoíris salen de las gotas de lluvia con un ángulo de aproximadamente 138 grados respecto de la dirección que llevaban antes de entrar en ellas. Este es el «ángulo del arcoíris», descubierto por René Descartes en el año de 1637. Como el ángulo de salida es de solo 138 grados, la luz no se refleja exactamente hacia su origen. Esto hace posible que el arcoíris sea visible para nosotros, que no solemos encontrarnos exactamente entre el Sol y la lluvia. De manera que siempre, si nos colocamos de frente a un arcoíris, el Sol estará detrás de nosotros.
Para ser más precisos, es la luz amarilla la que es dispersada a 138 grados de su trayectoria original. La luz de otros colores es dispersada en ángulos algo distintos. La luz roja del arcoíris se dispersa en una dirección ligeramente menor que 138 grados, mientras que la luz violeta sale de las gotas de lluvia en un ángulo un poco mayor.
Un rayo de luz solar, de los que forman un arcoíris, cambia su dirección tres veces mientras se mueve a través de una gota de lluvia: Primero entra en la gota, lo cual ocasiona que se refracte ligeramente. Entonces se mueve hacia el extremo opuesto de la gota, y se refleja en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve a refractarse cuando sale de la gota de lluvia en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente distinto para cada longitud de onda, para cada color del arcoíris.
La luz solar emerge de muchas gotas de lluvia a un tiempo. El efecto combinado es un mosaico de pequeños destellos de luz dispersados por muchas gotas de lluvia, distribuido como un arco en el cielo. Los diversos tamaños y formas de las gotas afectan la intensidad de los colores del arcoíris. Gotas pequeñas hacen un arcoíris pálido y de colores con tonalidades pastel; gotas grandes producen colores muy vivos. Además, las gotas grandes son aplastadas por la resistencia del aire mientras caen. Esta distorsión ocasiona que el "final" del arcoíris tenga colores más intensos. Quizás sea esta la causa de la leyenda que sugiere la existencia de una olla que contiene oro resplandeciente en el final del arcoíris.
A veces, es posible ver también lo que se conoce como arcoíris secundario. El arcoíris primario, que hemos dado en llamar simplemente "arcoíris", es siempre un arco interior y más próximo al observador que el arcoíris secundario. Si la luz que incide sobre la gota de agua realiza al menos dos refracciones y tres reflexiones internas podemos deducir su trayectoria. El resultado es la formación de un arcoíris secundario de colores invertidos, más débil y que queda por encima del primario. Su debilitamiento se debe a la luz que se refracta y sale al exterior en cada reflexión interna.
Los ángulos que forman los rayos incidente y refractado hacia el ojo son mayores en el rayo secundario: 50° para la luz roja y 54° para la violeta. Vimos que en la formación del primario, el ángulo era de 132° para la luz roja, esto es, 42° respecto al observador.
El orden de los colores en el arco secundario está invertido debido a la doble reflexión interna. Teóricamente puede haber más de tres reflexiones internas, que darían lugar a cuatro y cinco arcos iris. El tercero y cuarto estarían entre el observador y el sol y quizás nunca se puedan ver. El quinto se produce en la misma zona del primero y del segundo y no es perceptible porque es muy tenue. Es posible, en un experimento de laboratorio, demostrar que se pueden conseguir hasta 13 arcos iris visibles, aunque, lógicamente su luminosidad se reduce considerablemente.
Es interesante señalar que ninguna luz emerge en la región entre los arcos iris primario y secundario. Esto coincide con algunas observaciones, que señalan que la región entre los dos arcos es muy oscura, mientras que en la parte exterior del arco secundario y en la parte interior del arco primario es visible una considerable cantidad de luz, lo cual se debe al reflejo de la luz blanca concentrada justo antes de su refracción para formar el arcoíris. Esta zona oscura intermedia se debe a la intensidad de la cortina de agua, que absorbe toda la luz posible hacia el interior de la misma, por lo que el arco secundario es simplemente un reflejo del primario en dirección hacia el observador y es conocida como "Banda de Alejandro".[cita requerida]
En algunas ocasiones, cuando los arcos iris primario y secundario son muy brillantes, se puede observar un tercero dentro del primario y un cuarto fuera del secundario. A estos arcos se les llama arcos supernumerarios y se deben a efectos especiales de interferencia luminosa.
Cuando alguien mira un arcoíris, lo que está viendo en realidad es luz dispersada por ciertas gotas de lluvia. Otra persona que se encuentre al lado del primer observador verá luz dispersada por otras gotas. De manera que puede decirse que cada quien ve su propio arcoíris, distinto (hablando en un sentido estricto) del que ven todos los demás.
Es común pretender estimar la posición del arco, especialmente sus "extremos", es decir, allí donde desaparece por no existir gotas que descompongan la luz. Pero el arco iris es, en realidad, un cono iris: todas las gotas situadas en la misma posición respecto del espectador y del sol descomponen la luz de igual manera. Si existen solamente gotas lejanas, en espectador tendrá la percepción de que el arco se encuentra en una posición determinada. En cambio, si unas gotas se encuentran próximas y otras alejadas, el espectador percibirá que la situación del arco es indeterminada.
Si las condiciones atmosféricas y el sitio de observación son perfectos, entonces la lluvia y el Sol trabajan juntos para crear un anillo de luz completo, denominado arcoíris circular, como el que se vio el 6 de agosto de 2007 en la isla de Langkawi, Malasia.[cita requerida] En los arcoíris normales el rojo es el color exterior, y el violeta el interior, pero en los circulares la variación es la contraria.
Respecto de las condiciones para ver un arcoíris se reducen a que el observador tiene que estar localizado entre el sol y una lluvia de gotas esféricas (una lluvia uniforme). Es posible que el observador crea que la lluvia no es uniforme donde él se encuentra, pero sí debe serlo desde donde localizaría el arcoíris. ¿Y cuándo son las gotas esféricas? Las gotas son esféricas cuando caen a una velocidad uniforme, constante. Esto es posible en condiciones de aceleración gravitatoria contando con las fuerzas viscosas de oposición del aire. Cuando se cumple que la velocidad de las gotas es uniforme, la gota adquiere un volumen máximo con la mínima superficie (esfera). Únicamente en estas condiciones es posible la dispersión luminosa dentro de la gota y por tanto el arcoíris, aunque ligeras variaciones de la esfera puedan dar diversas variaciones en un arcoíris. Por lo tanto, la lluvia no debe ser torrencial, ni estar afectada por el viento. Es por ello que no siempre se contempla el arcoíris cuando hay lluvia y sol.
Es importante notar la altura del Sol cuando uno observa un arcoíris, pues es algo que ayuda a determinar qué tanto alcanza uno a ver de él: cuanto más bajo se encuentre el Sol, más alta será la cresta del arcoíris y viceversa. Alguien que pueda elevarse un poco sobre la superficie de la Tierra, se daría cuenta de que ciertos arcoíris continúan por debajo del horizonte. Quienes escalan montañas altas han logrado ver en ocasiones una buena parte de arcoíris circulares completos. Pero ni siquiera las montañas poseen la suficiente altura como para poder llegar a observar un arcoíris circular en su totalidad.
Los aviadores han informado algunas veces haber visto genuinos arcos iris circulares completos, los cuales curiosamente han pasado inadvertidos para los pasajeros de sus aeronaves. Esto puede deberse a que las ventanas de los viajeros son muy estrechas y ofrecen un campo de visión muy reducido, a diferencia del impresionante campo visual que tiene el piloto.
Explicaciones no científicas[editar]
Relato bíblico[editar]
Según el Antiguo Testamento, el arcoíris fue creado por Dios tras el Diluvio universal. En el relato bíblico, este aparecería como muestra de la voluntad divina y para recordar a los hombres la promesa hecha por el propio Dios a Noé de que jamás volvería a destruir la tierra con un diluvio.
Mi arco he puesto en las nubes, el cual será por señal del pacto entre mí y la tierra. Y sucederá que cuando haga venir nubes sobre la tierra, se dejará ver entonces mi arco en las nubes. Y me acordaré del pacto mío, que hay entre mí y vosotros y todo ser viviente de toda carne; y no habrá más diluvio de aguas para destruir toda carne.
Por este motivo también el arcoíris es el símbolo moderno del movimiento Noájida ya que simboliza el pacto que Dios hizo con Noaj (Noé) y su descendencia para siempre, el cual tendría su máxima expresión en el cumplimiento de las siete leyes de los hijos de Noaj.
Leyenda de Gilgamesh[editar]
Otra antigua representación del arcoíris se da en la epopeya de Gilgamesh, donde el arcoíris es el "collar pedrería de la gran madre Ishtar" que levanta hacia el cielo como una promesa de que "nunca olvidará estos días de la gran inundación" que destruyó sus hijos.
Entonces llegó Ishtar. Levantó el collar de grandes joyas que su padre, Anu, había creado para complacerla y dijo: los dioses celestiales, tan bien como este collar de pedrería cuelga sobre mi cuello, nunca olvidaré estos días de la gran inundación. Deje que todos los dioses excepto Enlil vienen a la oferta. Enlil puede no venir, porque sin razón que sacó la inundación destruyó mi pueblo.La epopeya de Gilgamesh.
Mitología griega[editar]
Para los griegos el arcoíris era una diosa mensajera entre el cielo y la tierra llamada Iris, hija de Taumante y la oceánide Electra.
Mitología nórdica[editar]
Para los nórdicos el arcoíris o "Bifröst" es un puente que une Midgard y Asgard el cual es custodiado por el dios Heimdall
Los siete colores del arcoíris[editar]
Isaac Newton demostró entre 1670 y 1672 que la luz blanca estaba formada por bandas de colores que podían separarse por medio de un prisma. En su libro Opticks de 1704, señaló en un círculo de colores (disco de Newton) que la luz, al igual que el arcoíris, se compone de siete colores. Estos 7 colores son los siguientes:
| Orden | Nombres de Newton (latín e inglés) | Nombre actual (español) |
| 1º | rubeus / red | rojo |
| 2º | aureus / orange | naranja |
| 3º | flavus / yellow | amarillo |
| 4º | viridis / green | verde |
| 5º | cœruleus / blue | cian, celeste o turquesa |
| 6º | indicus / indigo | azul |
| 7º | violaceus / violet | violeta |
Del mismo modo en como se presenta en el espectro visible, hay un gradiente continuo de colores, por lo que en realidad no son solo siete los colores sino miles o al menos cientos los que podrían percibirse; aunque estos siete colores permiten su mejor comprensión por simplificación del esquema. El quinto color representa la gama del azul claro, mientras que el sexto color es el azul más oscuro; es por esto que tradicionalmente se llamó índigoo añil al azul oscuro y más antiguamente color turquí.
Símbolo activista[editar]
Véase también: Bandera arcoíris
En torno al símbolo pacifista:
La extensión de la preocupación por la paz en el mundo, ha llevado a la búsqueda de símbolos de carácter universal y ajenos a las principales culturas. En Italia en 1961 se empezó a utilizar, la bandera con los colores del arcoíris y la palabra "pace" (paz en italiano). El movimiento "Pace da tutti i balconi" (Paz desde todos los balcones) promueve colgar dichas banderas en los balcones como forma de adherirse al deseo de paz. Se calcula que en Milán se colgaron más de un millón de dichas banderas contra la Guerra de Irak.
En torno al símbolo de la bandera multicolor gay:
Con el progreso de movimientos sociales reivindicacionistas en el mundo, en la actualidad destacan los movimientos por los derechos de gais, lesbianas, bisexuales y transexuales (glbt o lgbt) que escogieron como símbolo la bandera del arcoíris, y eliminando el celeste. Fue promovido por el artista Gilbert Baker y nació de la identificación inicial de tales luchas sociales lgbt con el movimiento hippie en la década de 1960, que usaba ese símbolo. Más recientemente el arcoíris invertido de seis colores se afirmó con la utilización de la canción de la cantante y actriz Judy Garland denominada "Over the Rainbow" (Sobre el arcoíris) como tema de las movilizaciones lgbt —particularmente en los Estados Unidos y el mundo occidental— por iniciativa del cantautor Rufus Wainwright'.
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