A formação de um arco-íris envolve dois fenômenos básicos da óptica geométrica: A REFLEXÃO e a REFRAÇÃO da luz.
O aparecimento das cores do arco-íris ocorre quando a luz branca irradiada pelo sol penetra nas gotículas de água suspensas na atmosfera. A luz ao mudar de meio de propagação, no caso do ar para a água, sofre refração que neste caos é acompanhada de um desvio do raio de luz.
O desvio sofrido pelo raio de luz é diferenciado para cada cor sendo o maior para a luz de cor violeta e o menor para a luz vermelha, isto causa a decomposição da luz branca em suas cores fundamentais. Os raios que surgem da decomposição da luz branca são refletidos internamente nas paredes das gotículas retornando á atmosfera, formando assim o arco-íris.
Vê-se o arco-íris apenas quando chove e ao mesmo tempo há sol, e sempre que o sol se ache ao lado oposto ao observador. O sol, à vista do observador e o centro do arco devem estar em linha reta. Se o sol está a mais de 42 graus sobre o oriente, o arco-íris não é visível. Em conseqüência, o arco-íris somente é visto de manhã cedo e ao cair da tarde. De tarde, porque o sol brilha a oeste e chove a leste do observador e de manhã, porque chove a oeste do observador e o sol brilha a leste, nunca surgindo ao meio-dia.
Vemos ás vezes pequenos arco-íris na poeira da água lançada por uma cascata, e até mesmo ao regar um gramado.
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