12. O Arco-íris

Como foi visto no experimento 6. Refração da luz, quando a luz passa de um meio para o outro ocorre uma alteração na sua velocidade de propagação que também é acompanhada por uma mudança na sua direção de propagação (exceto para incidência normal). Esse fenômeno é chamado de refração.

A velocidade v de propagação da luz em um meio é dada por
[m] v = \frac{c}{n} [/m],
em que c é a velocidade da luz no vácuo e n é o índice de refração do meio.
 

Para alguns materiais, o índice de refração depende da frequência da luz. Essa dependência da velocidade da luz com a frequência é chamada de dispersão, e os meios que apresentam essa propriedade são chamados de meios dispersivos.
Água, vidro e vários tipos de plásticos são exemplos de meios dispersivos, enquanto gases apresentam nenhuma ou praticamente nenhuma dispersão.

Essa variação do índice de refração com a frequência da luz dá origem a fenômenos como o arco-íris (dispersão da luz em gotículas de água na atmosfera) e à separação das cores em um prisma (dispersão da luz no vidro).

Como pode ser visto na figura, quanto menor o comprimento de onda da luz (maior frequência), maior é índice de refração do meio dispersivo. Consequentemente, de acordo com a lei de Snell, em um meio dispersivo, luz de menor comprimento de onda refratará mais.

Por isso, quando luz branca atravessa um prisma, cada componente será refratada de acordo com o seu comprimento de onda e, portanto, haverá uma separação do feixe de luz em diferentes cores. Ondas de menores comprimentos de onda (violeta) se desviam mais que as de maiores comprimentos de onda (vermelho), como mostrado na figura.

Experimento
Dispersão da luz em uma cuba com água

  

Neste experimento, a quina da cuba de acrílico preenchida com água será utilizada como um prisma.

Para isso, você deverá cobrir uma da laterais da cuba com uma folha de papel ou cartolina escura, de forma a deixar exposta apenas uma abertura de aproximadamente 1 cm de largura, próxima a uma das quinas da cuba.

 

Em seguida, ajuste o foco e direcione o feixe de luz da lanterna de forma que ele incida sobre abertura.

Como o acrílico e a água são meios dispersivos, a luz refratada através desses meios se dispersa e é separadas em cores que podem ser vistas projetadas sobre uma parede ou tela.