Un arco iris ocurre cuando el sol está a nuestras espaldas y llueve delante de nosotros. Los rayos del sol entran en las pequeñas gotas de lluvia y se reflejan parcialmente en la superficie posterior de ellas. Es decir, una parte del rayo atraviesa la gota y otra parte se devuelve y sale de la gota por un punto distinto del que entró. Mientras pasa a través de las gotas, la luz se separa en sus colores que la componen, y por un instante, cada gota de lluvia destella sus colores al observador, antes que otra gota de lluvia tome su lugar.
La luz del arco iris es reflejada al ojo, a un ángulo de 42 grados en relación con el rayo de sol. La forma de arco, es parte del cono de luz que es cortado por el horizonte. Debido a que el ángulo de inclinación es medido desde el ojo de cada observador, no hay dos personas que vean exactamente el mismo arco iris. Cada persona se encuentra en el centro de su propio cono de luz. Desde el punto panorámico del alto de una montaña o de un avión, se puede observar en ciertas ocasiones, un circulo completo del arco iris.
Primero la luz se dispersa al pasar a través de una gota (punto A) y al llegar nuevamente a la superficie (punto C) sufre una reflexión, de esta forma una fracción de la luz proveniente de A se refleja hacia B y otra se trasmite hacia D, la cual no llega a los ojos del observador (E). Luego de esta reflexión los rayos continúan separándose hasta salir de la gota (punto B). Por lo tanto cada gota provoca una pequeña dispersión a la luz del Sol.
El arco iris primario tiene el color rojo en el borde exterior y azul dentro de sí mismo. En la parte superior de la atmósfera, siempre hay otro arco iris menos brillante, con los colores en orden inverso. Este arco iris secundario, es el resultado de reflexión adicional, de los rayos del sol a través de las gotas de lluvia.
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