Ciencias de los materiales

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

PP-DC-69 EL ARCOIRIS

Asesor: ALMA DELIA CRUZ PICHARDO

Resumen

EL ARCOIRIS.docx

El arcoíris, se define como el Squot; fenómeno óptico que presenta en forma de arco de bandas
concéntricas los siete colores elementales, causado por la refracción o reflexión de la luz
solar en el agua pulverizada, generalmente perceptible en la lluvia Squot;.
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.
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.
A través de un experimento se mostrara como se forma el arcoíris.

Pregunta de Investigación

¿Qué es el arcoíris?

Planteamiento del Problema

Un arcoírisarco 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.

Antecedentes

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 Sol involucrados 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 el observador, que no se suele encontrar exactamente entre el Sol y la lluvia. De manera que siempre, si se está frente a un arcoíris, el Sol estará detrás.

Para ser más precisos, es la luz amarilla la que es dispersada a 138º 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 138º, 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 cada longitud de onda se refracta con un ángulo diferente, generando 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 se ha 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 se puede 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. Ya se vio que en la formación del primario ese ángulo era de 138° 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 arcoíris. 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 arcoíris visibles, aunque, lógicamente su luminosidad se reduce considerablemente.

Es interesante señalar que ninguna luz emerge en la región entre los arcoíris 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».[

En algunas ocasiones, cuando los arcoíris 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 arcoíris 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. 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 arcoíris 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.

 

Como se forma  el arcoíris

El arcoíris, que representa los colores desde el violeta hasta el rojo, se forma en la atmósfera sobre una pantalla de gotas de agua de lluvia o llovizna, aunque también pueden ser gotas de niebla.

Los arcos de colores se forman por la refracción y la reflexión de los rayos de luz emitidos por el sol o la luna sobre esta pantalla de gotas de agua, tal y como explica la sección de de  Meterde la Agencia Estatal de Meteorología.

De este modo, para poder ver el arcoíris, solo se necesita que los rayos de sol iluminen la pantalla de gotas de agua desde el extremo contrario del horizonte, colocándose la persona que observa entre ambos, con el sol a su espalda.

Además, el sol no debe estar muy por encima del horizonte ya que, si se encuentra en una elevación superior a los 42º, no se podrá observar el arcoíris.

Por último, cuando se dan dos reflexiones a la vez, en lugar de solo una, se puede observar un arcoíris secundario, situado en la parte exterior del primario, ya que el arcoíris secundario encierra al primario.

 

De dónde viene el arcoíris

En realidad, la explicación científica de su aparición es un modelo matemático muy complicado. Los colores forman un arco siempre saliendo del rojo, luego el anaranjado, el amarillo, el verde, el azul y los tonos de violeta. Son 7 los colores del arcoíris, como 7 son los días de la semana, como 7 son las notas musicales.

Para construirlo, es necesario que haya gotitas muy pequeñas de agua dispersas en el aire. Luego, es necesario que haya suficiente luz y, por supuesto, ¡alguien para admirarlo! Todos los elementos necesitan estar en la posición y momento adecuados para formar el arcoíris.

El sol necesita estar bajo en el horizonte, pues así la luz blanca viaja mucho por la atmósfera y se descompone en franjas. Allí entran en acción las partículas de agua, que ayudan a separar la luz blanca como si fuera un prisma, en franjas o frecuencias. Y así podrás ver los colores que forman el arcoíris.

La Biblia relata que los primeros que presenciaron la formación del arcoíris fueron Noé y su familia. Antes del diluvio nunca había llovido y, por lo tanto, no se habían dado las condiciones físicas para la formación del arcoíris. Una especie de rocío cubría la tierra, y nadie había visto llover antes del diluvio. A causa de la maldad de los seres humanos, Dios decidió destruir el mundo antiguo por medio del agua del diluvio.

Sin embargo, cuando el diluvio pasó, el arcoíris apareció como señal de que Dios nunca más destruiría el planeta mediante una inundación. Ahora estamos esperando una nueva intervención de Dios, pero esta vez será el Salvador Jesús quien aparecerá en las nubes, rodeado de un arcoíris glorioso.

Tipos de arcoíris

Los arcos de un arcoíris gemelo se originan en un punto base y sus colores no se invierten.

Los tipos de arcoíris dependen de diferentes condiciones atmosféricas que influyen en el modo de proyección del arco luminoso, y entre los principales se destacan:

  • Arcoíris primario. Es el más conocido y suele aparecer luego de una tormenta o en zonas de pendiente de aguaque salpican, como una catarata.
  • Arcoíris secundario. También denominado “arcoíris doble”, se forma por encima del arcoíris primario, con los colores invertidos.
  • Arcoíris supernumerario. Es raro de ver y consiste en la proyección de varios arcoíris tenues en simultáneo, producto de la difracción de la luz del sol.
  • Arcoíris rojo. Conocido también como “arcoíris monocromo”, se forma después de la lluvia y durante el amanecer o el atardecer, con el sol ubicado muy bajo o cerca del horizonte.
  • Arco circunhorizontal. También conocido como “arcoíris de fuego”, aparece en muy pocas ocasiones y se forma a partir de pequeñas gotas de agua en las nubes cirros, donde el espectro de colores se proyecta (en lugar de aparecer en forma de arco).
  • Arcoíris gemelo. Es muy raro de ver y se proyecta con dos arcos que, a diferencia del arcoíris secundario, se originan en un único punto base y sus colores no se invierten.

Sin embargo, para el ambiente científico la clasificación de los arcoíris resulta aún más minuciosa. Un estudio difundido en 2015 por el Centro Nacional de Investigación Meteorológica de Francia, encabezado por el investigador Jean Ricard, establece que existen doce tipos diferentes de arcoíris y que esa clasificación contempla la cantidad de colores visibles, la proyección de múltiples arcos y la alteración del color del cielo entre cada arco. Todos esos parámetros establecen pequeñas diferencias entre los tipos de arcoíris que describimos más arriba.

¿Por qué el arcoíris tiene siete colores?

El experimento de Newton consistía en un prisma de vidrio atravesado por un rayo de luz solar.

El rayo de luz que atraviesa la gota de agua genera una descomposición de la luz blanca en distintas longitudes de onda. Esas longitudes son diferentes entre sí y dan origen a los distintos colores del arcoíris. Este concepto de la “descomposición de la luz” fue demostrado por Isaac Newton en el siglo XVII, a través de un experimento con un prisma de vidrio que fue atravesado por un rayo de luz solar. Comprobó que la luz blanca estaba formada por bandas de colores que podían separarse y visualizarse de manera individual (al igual que ocurre con el arcoíris).

Lugares con más arcoíris

Entre los lugares donde más se visualizan arcoíris, se destacan:

  • Machu Pichu. Ubicado en la cadena montañosa de Los Andes, al sur de Perú, es un antiguo poblado incaico del siglo XV.
  • Cataratas Victoria. Ubicadas en la frontera entre Zimbabue y Zambia, en África.
  • Cataratas del Iguazú. Ubicadas en la frontera entre los países Argentina y Brasil.
  • Reserva Natural de Masai Mara. Ubicada en Kenia, África.
  • Parque Nacional Montes Tatras. Ubicado en las montañas de Tatra, Eslovaquia.
  • Parque Nacional de Jasper. Ubicado en las Montañas Rocosas, en Canadá (declaradas Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en 1984).
  • Ubicada en Inglaterra, es una ciudad con playas de arena fina.
  • Montaña Grinell Point. Ubicada en el Parque Nacional de los Glaciares, en Montana, Estados Unidos.
  • Parque Nacional del Valle de las Flores. Ubicado en el estado de Uttaranchal, en India (declarado Patrimonio de la humanidad por las UNESCO en 1998)
  • Monte Fuji. Ubicado al oeste de Tokio, Japón. Es el pico más alto de la isla de Honshu, ubicado al oeste de Tokio, en Japón.

Objetivo

  •  Investigar la mitología y las creencias sobre el arcoíris.
  • Simular a través de un experimento cómo se crea un arcoíris

Justificación

A mí me intereso este tema ya que me gustan mucho los arcoíris y quiero conocer más de ellos

Hipótesis

Si se realiza un experimento con un CD reciclado podré observar cómo se crea un arcoíris

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

1-cd

Cinta adhesiva

1 pedazo Aluminio

1 lámpara

Procedimiento

  1. Al cd se retira el laminado opaco con un pedazo de cinta adhesiva se pone en la superficie y se retira hasta dejarlo limpio.
  2. Tapa con papel aluminio el centro del cd dejando totalmente destapado donde se retiró el laminado opaco.
  3. Se corta un pedazo de papel aluminio realizando un pequeño orificio.
  4. Colocar unas ligas para detener el papel aluminio en la lámpara
  5. Al encenderla la lámpara solo reflejara un orificio de luz.
  6. El cd se puede tomar con la mano o una pinza y se coloca en la lámpara  en donde entra la luz. Al hacer eso la lámpara separa los colores.
  7. Así el cd reflejara el arcoíris artificial.

Galería Método

Resultados

El  arcoíris se  formó   cuando cubrimos la lámpara con el cd. Al igual separo los colores  del arcoíris y pude comprender como se forma el arcoíris.

Galería Resultados

Discusión

Los materiales fueron fácil de conseguir  y fue rápido el resultado del experimento.

El arcoíris se hace porque llueve cuando hay sol.-Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia, éstas se encargan de producir tal efecto, pero en algunas mucho más que en otras.

El motivo por el que aparece primeramente un arcoíris en un CD, es porque el CD está compuesto de varias capas o compuestos de los que está hecho. Al pasar la luz del sol a la superficie del CD, refleja la luz en diferentes direcciones. … Los rayos de sol al chocar con el CD, permiten la refracción de la luz.

Conclusiones

Cuando coloco el cd  en la lámpara inmediatamente  se observa el arcoíris.

Con este experimento pude observar cómo se forma un arcoíris a través de la luz

Bibliografía

https:/concepto.de/arcoiris/#ixzz6wxiizxv8v.

https://www.tiempo.com/ram/453/seis-arco-iris-a-la-vez-arco-iris-por-reflexion/
https://webs.ucm.es/info/gioq/fenopt/imagenes/arcoiris/index.htm

https://www.eafit.edu.co/ninos/reddelaspreguntas/Paginas/como-se-forma-el-arcoiris.aspx.

https://www.youtube.com/watch?v=fdxCAf9xw4Q.

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography