Cores, prismas e arco-íris

O vidro crown desvia a luz violeta de 410 nm um pouco mais do que a luz vermelha de 660 nm, pois seu índice de refração é 1.530 para o violeta e 1.512 para o vermelho.

A luz branca é uma mistura

Em meados dos anos 1660, Isaac Newton deixou um feixe estreito de luz solar entrar em uma sala escurecida por um orifício na veneziana e o fez atravessar um prisma de vidro. Uma faixa de cores apareceu na parede oposta. Em um artigo publicado em 1672, que um comentário de 2015 na revista Philosophical Transactions, da Royal Society, descreve como o fundamento da óptica moderna, ele defendeu que o prisma não acrescenta as cores: a luz branca é uma mistura delas, e o prisma as separa porque cada cor sofre um desvio ligeiramente diferente na refração. Ele também mostrou que uma única cor retirada da faixa e enviada a um segundo prisma permanece da mesma cor.

A OpenStax explica o motivo. Para um dado material, o índice de refração depende um pouco do comprimento de onda: aumenta quando o comprimento de onda diminui e é maior para o violeta. A luz violeta, portanto, sofre mais desvio que a vermelha, e a luz branca se abre na sequência conhecida, do vermelho ao violeta. Essa separação da luz branca em seu espectro é chamada de dispersão. De forma mais geral, há dispersão sempre que um processo muda a direção da luz por um ângulo que depende do comprimento de onda.

Cores e comprimentos de onda

Costumamos nomear cerca de seis cores no arco-íris: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta, às vezes incluindo o anil. A OpenStax ressalta que o espectro é contínuo: os nomes identificam faixas de comprimento de onda, de cerca de 700 nm no vermelho até cerca de 400 nm no violeta. Quando o olho recebe luz de um único comprimento de onda, tendemos a ver uma dessas cores. Os muitos outros tons que enxergamos são a resposta do olho a misturas. A luz solar contém todos os comprimentos de onda visíveis e parece branca, ou levemente amarela.

Os objetos têm suas cores por causa da luz que devolvem para nós. Uma folha parece verde sob a luz solar porque reflete mais luz verde que de outras cores e absorve grande parte do restante. Sob uma luz que não contém verde, a mesma folha parece escura. Um filtro funciona de modo semelhante para a luz que o atravessa: um filtro vermelho deixa passar o vermelho e absorve a maior parte das outras cores.

Arco-íris

O arco-íris resulta da dispersão da luz em gotas de água. A OpenStax descreve como a luz entra em uma gota, reflete em sua parte de trás e sai novamente, sofrendo refração tanto na entrada quanto na saída. Como o índice da água varia com o comprimento de onda, as cores saem em ângulos ligeiramente diferentes. Você só vê um arco-íris quando o Sol está atrás de você, e cada cor chega ao seu olho de gotas em um ângulo próprio em relação à direção da luz solar. Por isso o arco-íris tem forma de arco. Duas reflexões dentro das gotas produzem um arco-íris secundário mais fraco acima do primeiro. Por volta de 1300, segundo a OpenStax, Kamal al-Din al-Farisi, na Pérsia, estudou isso usando um grande recipiente de vidro com água dentro de uma câmara escura como substituto de uma gota gigante. Teodorico de Freiberg fez experimentos semelhantes na Alemanha; ambos se apoiaram no trabalho de Ibn al-Haytham.