Approfondimento - la fisica dell'arcobaleno

L'arcobaleno, come visto nel post precedente (Step 04), ha affascinato molti popoli, tanto da portare a spiegazioni mitologiche per la sua origine.
Dal punto di vista scientifico l'arcobaleno è uno dei più famosi e sensazionali esempi di dispersione della luce.
L'arcobaleno infatti è causato dalla dispersione della luce nelle goccioline di pioggia.

Quando la luce del sole entra nella goccia, essa viene separata dalla dispersione nelle sue componenti dal rosso al violetto. La luce quindi viene riflessa dalla parte posteriore della goccia e infine rifratta, subendo un'altra dispersione quando lascia la goccia. La direzione finale della luce è quasi opposta a quella iniziale, con una differenza di solo 40°-42°, a seconda del colore della luce. Più precisamente, la luce violetta, che è deviata più dalla rifrazione, cambia la sua direzione di propagazione di 320°, così è spostata di 40° dalla direzione di provenienza dal Sole. La luce rossa, che è deviata di meno, cambia la sua direzione solo di 318° e quindi si muove in una direzione che è a 42° rispetto a quella del Sole.
Per vedere come si forma l'arcobaleno in cielo, immaginiamo di stare con la schiena rivolta al Sole e di guardare verso una zona dove sta piovendo. Consideriamo una singola goccia mentre cade verso terra. La goccia, come tutte le altre in quella zona, invia luce di tutti i colori in direzioni diverse. Quando la goccia è a un angolo di 42° rispetto all'orizzantale, vediamo laluce rossa proveniente da essa. Continuando a cadere, l'angolo formato rispetto all'orizzontale diminuisce.
Alla fine raggiunge un'altezza dove il suo angolo con l'orizzontale è di 40°, punto nel quale la luce violetta proveniente dalla goccia può raggiugere i nostri occhi. Nel frattempo la goccia ci ha inviato tutti gli altri colori dell'arcobaleno per la nostra gioia!

Arcobaleno sopra la casa natale di Isaac Newton

Bibliografia:
J.S. Walker, Fisica, Zanichelli