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David Parker/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.
35.7 Dispersión
La luz violeta se refracta a ángulos mayores que la luz roja.
Los colores en el haz refractado están separados porque la dispersión en el prisma provoca diferentes longitudes de onda de la luz que es refractada a distintos ángulos.
Luz solar
40 42
R V
V R
Figura 35.22
Luz blanca entra en un prisma de vidrio arriba a la izquierda.
Figura 35.23 Trayectoria de luz solar a través de una gota esférica de lluvia. La luz que sigue esta trayectoria contribuye al arco iris visible.
La figura 35.21 muestra que el índice de refracción generalmente disminuye con una longitud de onda creciente. Por ejemplo, esto significa que la luz violeta se refracta más que la luz roja cuando transita dentro de un material. Ahora suponga que un haz de luz blanca (combinación de todas las longitudes de onda visibles) incide en un prisma, como se ilustra en la figura 35.22. Claramente, el ángulo de desviación depende de la longitud de onda. Los rayos que emergen se dispersan en una serie de colores conocida como espectro visible. Estos colores, en orden de longitud de onda decreciente, son rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. Newton demostró que cada color tiene un ángulo particular de desviación y que los colores se pueden recombinar para formar la luz blanca original. La dispersión de luz en un espectro se comprueba con mayor claridad en la naturaleza con la formación de un arco iris, el cual es visto frecuentemente por un observador que está situado entre el Sol y una zona con lluvia. Para comprender cómo se forma, considere la figura 35.23. Un rayo de luz de Sol (luz blanca) incide por arriba en una gota de agua en la atmósfera y es refractado y reflejado de la siguiente manera: primero es refractado en la superficie frontal de la gota, ahí la luz violeta tiene la mayor desviación y la luz roja la menor. En la superficie posterior de la gota, la luz se refleja y regresa a la superficie frontal, donde otra vez se somete a refracción cuando pasa del agua al aire. Los rayos dejan la gota tal que el ángulo entre la luz blanca incidente y el más intenso rayo violeta de retorno es de 40º y el ángulo entre la luz blanca incidente y el rayo rojo más intenso de retorno es de 42º. Esta pequeña diferencia angular entre los rayos de retorno hace posible que se vea un arco de colores. Ahora suponga que un observador mira un arco iris, como se muestra en la figura 35.24. Si se observa una gota de lluvia en el cielo, la luz roja más intensa que retorna de la gota llega al observador porque es la que más se desvía y la luz violeta más intensa pasa sobre el observador porque es la que menos se desvía. En consecuencia, el observador ve esta gota de color rojo. Del mismo modo, una gota más baja en el cielo dirigiría la más intensa luz violeta hacia el observador y se vería de color violeta. (La luz roja más intensa de esta gota pasaría por debajo de los ojos del observador y no sería visible.) La más intensa luz de otros colores del espectro llegaría al observador desde gotas de lluvia que estuvieran entre estas dos posiciones extremas. La figura 35.25 (página 1074) muestra un arco iris doble. El arco iris secundario es más tenue que el arco iris primario y sus colores están invertidos, surge de la luz que provoca dos reflexiones desde la superficie interior antes de salir de la gota de lluvia. En el laboratorio se han observado numerosos arco iris en los que la luz hace mas de 30 reflexiones antes de salir de la gota de agua. Como cada una de estas reflexiones comprende alguna
Prevención de riesgos ocultos 35.5 Un arco iris de muchos rayos de luz Representaciones gráficas como la figura 35.23 normalmente se malinterpretan. La figura muestra un rayo de luz que entra a una gota de lluvia y se somete a reflexión y refracción, saliendo de la gota entre 40º y 42º respecto del rayo que entra. De esto podría interpretarse que toda luz que entra a la gota de agua sale en este pequeño margen de ángulos, lo que es incorrecto. En realidad, la luz sale de la gota de lluvia en un margen de ángulos mucho mayor, de 0º a 42º. Un cuidadoso análisis de la reflexión y la refracción desde la gota esférica de lluvia demuestra que el margen de 40º a 42º es donde la luz de máxima intensidad sale de la gota de lluvia.
La luz de mayor intensidad que viaja de las gotas de lluvia más altas hacia los ojos del observador es de color rojo, mientras que la luz más intensa de gotas más bajas es violeta.
Blanco 40
42
Blanco 42 V
R V
40
R
Figura 35.24 Formación de un arco iris visto por un observador situado con el Sol a su espalda.