Dispersión en arcoíris

Así que he intentado buscar el funcionamiento de un arco iris. Encontré muchas fuentes y la explicación fue clara. Aunque todavía tengo un problema. Dado que la dispersión se produce debido a los diferentes índices de refracción de los diferentes colores, la división siempre debe tener lugar independientemente del ángulo. Entonces, ¿por qué es posible solo a 40-42 grados? Mi intento fue pensar que la razón podría ser que la reflexión interna total no ocurre en otros ángulos, incluso si ocurre una división, pero no pude entenderlo del todo. ¿Cómo se entiende esta dependencia del ángulo de la dispersión?

Respuestas (2)

Hay dos suposiciones diferentes que no son estrictamente correctas en su pregunta:

En primer lugar, un concepto erróneo común es que los arcoíris se forman debido a la Reflexión Interna Total. Esto no es cierto . De hecho, como usted señala, si fuera Reflexión Interna Total, a priori no habría ninguna razón para que todos los arcoíris tuvieran el mismo ángulo desde la línea que une el sol y el punto antisolar.

Como he explicado en mi respuesta a esta pregunta: Diferencia entre arco iris primario y secundario , el arco iris aparece en ciertos ángulos porque las gotas esféricas tienen un ángulo de desviación mínima (que depende del índice de refracción). Los rayos de luz que golpean la gota cerca de este ángulo se "agrupan" y, por lo tanto, tienen una intensidad suficiente para que los vea con sus ojos. Si no estuvieran tan juntos, tus ojos no los reconocerían como una "banda" de algún color.

En segundo lugar (y quizás más al punto de su pregunta), el índice de refracción de un material depende de la longitud de onda de la luz (¡de hecho, este es el principio por el cual opera el prisma!), consulte aquí y aquí para obtener más información al respecto. Como resultado, este ángulo de desviación mínima también depende de la longitud de onda (o "color") de la luz, y esto es lo que hace que aparezcan diferentes colores en diferentes ángulos.

Como mencioné en la otra respuesta, consulte el increíble artículo de Jearl Walker que explica cómo se forma el arco iris y por qué el arco iris secundario tiene sus colores "invertidos".

Lo que quise decir con que la dispersión de la luz es independiente del ángulo de incidencia de la luz blanca es si hay un ángulo de incidencia para la luz blanca que pasa a través de un medio de diferentes índices de refracción en el que no se produce dispersión. Es decir, el fenómeno ocurrirá independientemente del ángulo de incidencia, ¿no?
Y, por lo tanto, no importa en qué ángulo envíe la luz blanca a un patrón de dispersión tan medio que será visible ya que se producirá una división. También entendí el motivo de un ángulo particular en el arco iris, por lo que su pregunta responde.
¿Podrías ser un poco más claro? Realmente tengo problemas para entender por qué estás confundido. En primer lugar, ¿estamos hablando de una gota de agua o de algún sistema más complicado (ya que está sugiriendo que está pasando a través de un medio con más de un índice de refracción)? En general, no hay razón para que ocurra la dispersión: tome una losa de vidrio, por ejemplo: envío luz blanca y no se divide en sus colores constituyentes. Por otro lado, un prisma lo es, por su forma.
¿No hay dispersión en ninguna interfaz?
Quiero decir, incluso en Glass Slab ocurre dispersión, pero luego hay recombinación. Mi confusión es que si veo un patrón colorido y sospecho que se está dispersando, entonces el patrón cambiará con el ángulo. ¿Es posible que el patrón cambie o desaparezca si se ve desde un ángulo diferente? Quiero decir, si está ocurriendo la dispersión, aún debería ver el patrón, ¿verdad? Entendí la razón detrás del arcoíris, pero digamos que es un caso general. Digamos que el agrupamiento no es la razón de mi caso, ¿podría ser que el patrón de dispersión dependa del ángulo desde el que lo veo?
Todavía no estoy seguro de entender la pregunta, pero se parece mucho a la otra pregunta que hiciste . Creo que se debe hacer una distinción entre la dispersión y la posibilidad de verla . Si su ojo necesita poder detectar un "color" en alguna dirección, una buena cantidad de rayos de luz deben entrar en su ojo, es decir, necesita una gran densidad por ángulo sólido de ese color. Esta es la razón por la cual el arcoíris es visible en ciertos ángulos, ya que en esos ángulos los rayos se agrupan más cerca y puedes reconocerlos como un color.
Seguro, gracias.
Tienes razón, estaba tratando de pensar en la otra pregunta que hice. Según su respuesta, parece que la dispersión no se puede descartar como una posible razón para ese patrón, incluso si depende del ángulo en el que miro.

En un arco iris primario, un rayo de luz del sol entra por un lado de una gota de lluvia, se refleja desde atrás y sale por el otro lado. Debido a las variaciones en el índice de refracción, los ángulos serán ligeramente diferentes para diferentes colores. Si graficas el ángulo de desviación (entre el haz incidente y el que sale) versus el ángulo de incidencia (medido desde la normal a la superficie) encuentras que la curva tiene un mínimo (cerca de 140 grados de desviación y 60 grados de incidencia). En este mínimo, la desviación cambia muy poco por pequeños cambios en el ángulo de incidencia. Esto significa que en este ángulo, la gota puede tomar rayos de diferentes partes del sol y concentrarlos en un solo rayo emergente (este ángulo de concentración es diferente para cada color, y se ven los colores que se han concentrado).

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