Divulgación y enseñanza de la ciencia

(PP-DC-207-LB) El Arcoiris

Educación de calidad

Asesor: ABRIL LUNA NOLASCO

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

Resumen

En el presente trabajo de investigación pretende mostrar cómo se forma un arcoíris a través de la realización de uno propio. Además, que desde pequeños comprendan los fenómenos del medio ambiente.

Pregunta de Investigación

¿Por qué se observa de colores?

Planteamiento del Problema

No estoy tan segura de lo que es un arcoíris y quiero descubrirlo, al igual que quiero saber cómo se forman y porque solo sale cuando está la lluvia y el sol.

Antecedentes

A lo largo de la historia de la humanidad, el arcoíris ha sido objeto de numerosos poemas y canciones como “Somewhere over the rainbow” de la mítica película el Mago de Oz. También han surgido multitud de leyendas en torno a este fenómeno como, por ejemplo, que al final de cada arcoíris se encuentra un tesoro de oro que fue depositado hace miles de años por los duendes.

Si nos remontamos a la Antigua Grecia, fue Aristóteles quien realizó el primer estudio sobre el arcoíris y, tras su muerte, gran parte de las teorías que versaron sobre este fenómeno consistieron en reacciones a su trabajo.

En el Libro I de Naturales Quaestiones (c. 65 d. C.), el filósofo romano Séneca el Joven analiza ampliamente varias teorías sobre la formación del arcoíris, incluidas las de Aristóteles. Observa que los arcoíris aparecen siempre opuestos al sol, que aparecen en el agua rociada por un remero, en el agua escupida por un batidor sobre la ropa estirada por pinzas o en el agua pulverizada través de un pequeño orificio en una tubería reventada. Incluso hablaba de arcoíris producidos por pequeñas varillas (virgulae) de vidrio, anticipándose a las experiencias de Newton con los prismas. Tenía en cuenta dos teorías: una, que el arcoíris era producido por el sol reflejándose en cada gota de agua; y la otra, que era producido por el sol reflejándose en una nube con forma de espejo cóncavo; favorecía la segunda. También analizaba otros fenómenos relacionados con el arcoíris: las misteriosas “virgas” (varillas), los halos y la parhelia.

Según Hüseyin Gazi Topdemir, el físico árabe Ibn al-Haytham (Alhazen; 965-1039), intentó proporcionar una explicación científica del fenómeno del arcoíris, explicó la formación del arcoíris como una imagen, que se forma en un espejo cóncavo. Si los rayos de luz provenientes de una fuente de luz más lejana reflejan a cualquier punto en el eje del espejo cóncavo, forman círculos concéntricos en ese punto. Cuando se supone que el sol como una fuente de luz más lejana, el ojo del espectador como un punto en el eje del espejo y una nube como una superficie reflectante, entonces se puede observar que los círculos concéntricos se están formando en el eje. No pudo verificar esto porque su teoría de que «la luz del sol es reflejada por una nube antes de llegar al ojo» no permitía una posible verificación experimental. Esta explicación fue repetida por Averroes y, aunque incorrecta, proporcionó la base para las explicaciones correctas dadas más tarde por Kamāl al-Dīn al-Fārisī en 1309 e, independientemente, por Teodorico de Freiberg (ca. 1250 – ca. 1311), ambos habían estudiado el Libro de Óptica de al-Haytham.8​

Un contemporáneo de Ibn al-Haytham, el filósofo y erudito persa Ibn Sīnā (Avicena, 980-1037), proporcionó una explicación alternativa: «que el arco no se forma en la nube oscura sino más bien en la niebla muy fina que se encuentra entre la nube y el sol o el observador. La nube, pensaba, sirve simplemente como fondo de esta sustancia delgada, al igual que cuando se coloca un revestimiento de mercurio sobre la superficie posterior del vidrio en un espejo. Ibn Sīnā cambiaría el lugar no solo del arco, sino también de la formación del color, sosteniendo que la iridiscencia es simplemente una sensación subjetiva en el ojo». Esta explicación, sin embargo, también era incorrecta. El relato de Ibn Sīnā aceptaba muchos de los argumentos de Aristóteles sobre el arcoíris.

 

En la China de la dinastía Song (960-1279), un polímita y funcionario erudito llamado Shen Kuo (1031-1095) planteó la hipótesis, como había hecho antes un tal Sun Sikong (1015-1076), de que los arcoíris se formaban por un fenómeno de la luz solar al encontrarse gotas de lluvia en el aire. Paul Dong señala que la explicación de Shen del arcoíris como un fenómeno de refracción atmosférica «está básicamente de acuerdo con los principios científicos modernos».

Según Nader El-Bizri, el astrónomo persa Qutb al-Din al-Shirazi (1236-1311), dio una explicación bastante precisa del fenómeno del arcoíris. Esta fue elaborada por su alumno, Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1267-1319), quien dio una explicación más satisfactoria matemáticamente del arcoíris. «Propuso un modelo en el que el rayo de luz del sol era refractado dos veces por una gota de agua, ocurriendo uno o más reflejos entre las dos refracciones». Se realizó un experimento con una esfera de vidrio llena de agua y al-Farisi mostró que las refracciones adicionales debidas al vidrio podían ignorarse en su modelo.7​13​ Como señaló en su Kitab Tanqih al-Manazir [La revisión de la Óptica], al-Farisi usó un gran recipiente de vidrio transparente en forma de esfera, que se llenó con agua, para tener un modelo experimental a gran escala de una gota de lluvia. Luego colocó ese modelo en una cámara oscura que tenía una apertura controlada para dejar pasar la luz. Proyectó luz en la esfera y finalmente dedujo a través de varios ensayos y observaciones detalladas de los reflejos y las refracciones de la luz que los colores del arcoíris eran fenómenos de descomposición de la luz.

En Europa, el Libro de Óptica de Ibn al-Haytham fue traducido al latín y estudiado por Robert Grosseteste. Su trabajo sobre la luz fue continuado por Roger Bacon, quien escribió en su Opus Majus de 1268 sobre experimentos con luz brillando a través de cristales y gotas de agua que mostraban los colores del arcoíris.​ Además, Bacon fue el primero en calcular el tamaño angular del arcoíris. Afirmó que la cima del arcoíris no puede aparecer a más de 42° sobre el horizonte.15​ Se sabe que Teodorico de Freiberg dio una explicación teórica precisa tanto del arcoíris primario como del secundario en 1307 (que luego fue desarrollada por Antonius de Demini en 1611. Explicó el arcoíris primario, señalando que «cuando la luz del sol cae sobre gotas individuales de humedad, los rayos experimentan dos refracciones (al entrar y salir) y un reflejo (en la parte posterior de la gota) antes de la transmisión al ojo del observador».16​17​ Explicó el arcoíris secundario a través de un análisis similar que involucraba dos refracciones y dos reflejos.

René Descartes, en su tratado de 1637, Discurso del método, avanzó aún más en esta explicación. Sabiendo que el tamaño de las gotas de lluvia no parecía afectar el arcoíris observado, experimentó con el paso de rayos de luz a través de una gran esfera de vidrio llena de agua. Al medir los ángulos en los que emergían los rayos, concluyó que el arco primario era causado por un único reflejo interno dentro de la gota de lluvia y que el arco secundario podría ser causado por dos reflejos internos. Apoyó esta conclusión con una derivación de la ley de refracción (posterior a, pero independientemente de la ley de Snell) y calculó correctamente los ángulos para ambos arcos. Sin embargo, su explicación de los colores se basó en una versión mecánica de la teoría tradicional de que los colores se producían mediante una modificación de la luz blanca.18​19​

Isaac Newton demostró que la luz blanca estaba compuesta por la luz de todos los colores del arcoíris, que un prisma de vidrio podía separar en el espectro completo de colores, descomposición de la luz blanca—, rechazando la teoría de que los colores se producían mediante una modificación de la luz blanca. También mostró que la luz roja se refractaba menos que la luz azul, lo que llevó a la primera explicación científica de las principales características del arcoíris. Teoría corpuscular de la luz de Newton fue incapaz de explicar los arcoíris supernumerarios, para los que no se encontró una explicación satisfactoria hasta que Thomas Young se dio cuenta de que la luz se comportaba como una onda bajo ciertas condiciones y que podía interferir consigo misma.

El trabajo de Young, más tarde elaborada en detalle por Richard Potter, fue refinado en la década de 1820 por George Biddell Airy, que explicó que había una dependencia entre fuerza de los colores del arcoíris y el tamaño de las gotas de agua. Las descripciones físicas modernas del arcoíris se basan en la dispersión de Mie, obra publicada por Gustav Mie en 1908.22​ Los avances en los métodos computacionales y en la teoría óptica continúan conduciendo a una comprensión más completa de los arcoíris. Por ejemplo, Nussenzveig ofrece una visión general moderna.

 

Objetivo

Descubrir lo que es el arcoíris, porque tiene esos siete colores e investigar cómo se forma.

Justificación

Los arcoíris son algo adorable e increíble a la vista y quiero saber cómo se forman

Hipótesis

Si damos a conocer la descomposición de la luz solar cuando se une con la lluvia, entonces sabremos qué es lo que se forma en el cielo.

Método (materiales y procedimiento)

  • Método (materiales y procedimiento)

Material:

  1. Vaso o recipiente grande de cristal
  2. Taza o vaso medidor
  3. Colorante rojo, amarillo, azul, violeta y verde
  4. Cucharilla
  5. Miel o jarabe de maíz
  6. Jabón para lavar los platos color azul
  7. Alcohol
  8. Aceite

Procedimiento: 

  1. Primero vamos a hacer el color púrpura. Para ello, llena la mitad del vaso medidor con miel o jarabe de maíz. Añade una gota de colorante azul y otra gota de colorante rojo. Remueve bien y vierte el resultado en el vaso grande.
  2. 2. Ahora el color azul. Es muy sencillo: basta con que viertas el jabón de color azul hasta la mitad de nuestro vaso medidor y luego lo incorpores muy despacio el vaso grande.
  3. 3. Llegó el turno del color verde. Llena con agua el vaso medidor hasta la mitad y añade una gota de colorante verde. Si no tienes, echa una gota de color azul y otra de color amarillo, y remueve bien. Incorpora al vaso grande.
  4. 4. Para hacer el color amarillo sólo tienes que llenar hasta la mitad el vaso medidor con aceite, y echar de nuevo con mucho cuidado al vaso grande.
  5. 5. Y terminamos con el color rojo: llena medio vaso medidor con alcohol y añade una gota de colorante rojo.

Galería Método

Resultados

  • Aprendimos lo que sucede cuando se modifican las condiciones de luz o agua en un proceso que se está observando.
  • Conocimos que se pueden mezclar colores para obtener uno nuevo.
  • Encontramos diferencias físicas entre casa sustancia que utilizamos.

Aprendimos porque ocurren algunos fenómenos naturales, porque caen hojas de los árboles y que sucede cuando llueve.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Con este experimento se demuestra la densidad de cada ingrediente utilizado, observarás que los líquidos que tienen mayor densidad quedarán en el fondo y los de menor densidad se acomodarán en la parte de arriba.

Además, pude observar cómo se formaron los colores del arcoíris rojo, naranja, amarillo, verde, violeta y azul, tuve una gran experiencia.

Bibliografía

  • Algarabianinos.com/explora/que-pnda-con-el-arcoiris/.
  • Los colores del arcoíris, autor Moore Mallinos Jennifer.
  • ¿Qué es un arcoíris? Aprende con Dani.
  • ¿Cómo se forma un arcoíris? Explicación para niños

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography