Es un fenómeno que está causado por gotas de agua que caen por el aire. Suele verse en el cielo en la dirección opuesta al Sol, cerca de lluvia o de agua pulverizada en las cascadas.
Bajo ciertas condiciones esto resulta en un desdoblamiento del rayo de luz blanca en bandas de colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo o añil y violeta.
Un observador de pie y de espaldas al Sol que contemple un chaparrón, ve el arco formado por la luz que atraviesa las gotas individuales de lluvia, donde se refracta, se disocia y se refleja hacia su ojo.
La luz que incide en una gota de lluvia la atraviesa directamente, excepto en los bordes, donde la superficie de la gota forma un ángulo con la dirección de luz del Sol y actúa como un prisma, desdoblándola (luz blanca) en sus colores constituyentes, permitiendo al observador ver estos colores reflejados por detrás de las gotas de lluvia.
De cada gota sólo se ve el color que se refleja precisamente en ángulo recto hasta entrar en su ojo y, por lo tanto, verá una serie de colores, cada uno reflejado por detrás de diferentes gotas.
El arco iris se produce por la refracción y reflexión total de los rayos solares en las gotas de lluvia. El rayo de Sol refractado se refleja en el interior de la gota de agua como un espejo cóncavo y sale de ella teniendo lugar una nueva refracción: este nuevo rayo que sale es irisado y se produce por los llamados fenómenos de dispersión.
Se puede observar entonces la formación de varios arcos concéntricos de colores distintos. En el centro se encuentra el arco más brillante, el primario, que muchas veces es el único visible y sobre éste puede haber otros arcos más apagados que se denominan secundarios.
Ciertos lugares son famosos por la frecuencia de sus arco iris: uno de ellos es Honolulu. Al NE de la ciudad se alza una cadena montañosa que origina densas lloviznas casi constantes, mientras que el cielo en el SO está despejado y el Sol vespertino luce brillantemente, produciendo espléndidos arco iris sobre las colinas.
A veces, cerca de la puesta o salida del Sol, una luz roja domina el cielo y el arco iris, que no puede manifestar su gama completa, cede su lugar a un dramático arco rojo.
Arco iris en Honolulu
Los más espectaculares arco iris aparecen cuando la luz solar se refracta en gotitas de lluvia grandes; cuando las gotas son pequeñas la separación de los colores en el arco iris es escasa.
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