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Acenda uma luz através de um prisma, ou pendure um na janela em um dia ensolarado, e você verá um arco-íris. É o mesmo arco-íris que você vê no céu, porque, em um dia com uma mistura de chuva e sol, cada gota de chuva atua como um prisma em miniatura. Para os físicos que debatem se a luz é uma onda ou partícula, esse fenômeno é um forte argumento para o primeiro. De fato, experimentos com prismas foram fundamentais para a formulação de Issac Newtons da teoria da óptica e da natureza das ondas da luz.
TL; DR (muito longo; não leu)
A luz branca refrata quando passa através de um prisma. Cada comprimento de onda refrata em um ângulo diferente, e a luz emergente forma um arco-íris.
Refração e o arco-íris
A refração é um fenômeno que ocorre quando um feixe de luz branca passa através da interface entre o ar e um meio mais denso, como vidro ou água. A luz viaja mais lentamente em um meio mais denso, portanto muda de direção - ou refrata - quando passa pela interface. A luz branca é uma mistura de todos os comprimentos de onda da luz, e cada comprimento de onda refrata em um ângulo ligeiramente diferente. Portanto, quando o feixe emerge do meio mais denso, ele é dividido em seus comprimentos de onda componentes. Os que você pode ver formam o arco-íris familiar.
O índice de refração
O ângulo de refração em um meio específico é definido por seu índice de refração, que é uma propriedade derivada da divisão da velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz nesse meio em particular. Quando a luz passa de um meio para outro, o ângulo de refração pode ser obtido pela divisão dos índices de refração dos dois meios. Essa relação é conhecida como Lei de Snells, nomeada para o físico do século XVII que a descobriu.
Muitos outros materiais além do vidro produzem arco-íris. Diamante, gelo, quartzo transparente e glicerina são apenas alguns exemplos. A largura do arco-íris é uma função do índice de refração, que varia diretamente com a densidade do material. Você pode até ver um arco-íris quando a luz passa da água através de um cristal transparente ou pedaço de vidro e volta à água.
Cores do arco-íris
Embora tradicionalmente identifiquemos um arco-íris por sete cores componentes, na verdade é um continuum sem limites discretos de um matiz para o outro. Foi Newton quem arbitrariamente dividiu o espectro em sete cores em deferência aos antigos gregos, que acreditavam que sete era um número místico. As cores são, do mais longo ao mais curto, vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta. Se você estiver procurando uma maneira de lembrar a ordem, use o acrônimo ROYGBIV, pronunciado roy-gee-biv, ou tente este mnemônico: ROY Gave BettEu Violets.
A frequência do comprimento de onda aumenta à medida que avança pelo arco-íris, de vermelho a violeta. Isso significa que a energia dos fótons individuais - ou pacotes de ondas - também aumenta, porque os dois estão diretamente relacionados pela Lei de Plancks.