A luz e as cores

1 - A luz.

Do Sol a Terra recebe radiações electromagnéticas. Radiação infravermelha, radiação visível ou simplesmente “luz” (o ser humano é sensível a cerca de 10 milhões de cores) e radiações ultravioletas. Nelas incluem-se ainda e entre outras, do lado das altas frequências, os raios cósmicos, os raios gama, os raios X e, do lado das baixas frequências, os raios de radar, os raios de rádio (UHF, VHF, onda média, etc). 

Do total da radiação solar apenas 51% chegam à Terra por perdas resultantes da absorção de moléculas e por fenómenos de reflexão e de difusão.

A radiação solar leva 8,3 minutos a chegar à Terra.

2 – A dispersão da luz. 

O fenómeno da dispersão traduz-se por um ângulo de refracção função do comprimento de onda da onda incidente. Quanto maior for o comprimento de onda menor é o seu ângulo de refracção. 

3 - As cores.

A luz visível tem sete cores correspondentes a diferentes comprimentos de onda: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Pela dispersão da luz branca, a luz vermelha, por ser de maior comprimento de onda, tem um ângulo de refracção menor que a luz azul. 

Os objectos aparentam cores diferentes porque absorvem e reflectem diferentes comprimentos de onda. As cores que vemos correspondem aos comprimentos de onda que são reflectidos. Por exemplo, uma camisola vermelha é vista vermelha porque as moléculas do tecido que a constituem absorvem os comprimentos de onda do espectro luminoso entre o azul e o violeta e reflectem unicamente o comprimento de onda do vermelho.

Os objectos brancos vêem-se brancos porque reflectem todas as cores e os objectos pretos vêem-se pretos porque absorvem todas as cores.

4 - O céu e as nuvens. 
4.1 - A cor do céu

As moléculas da atmosfera (o ar) dispersam de maneira diferente as cores dos raios do Sol. Dispersam mais os menores comprimentos de onda (azul e violeta) e menos os maiores comprimentos de onda (laranja e vermelho). A dispersão também é menor quando os raios do Sol são recebidos directamente.

Aqui reside a explicação para as diferentes cores do céu vistas por um observador conforme o seu ângulo de visão, ou seja, conforme a espessura de atmosfera atravessada pelos raios do Sol. Quando o Sol está alto, a camada de atmosfera é pouco espessa, a dispersão da luz é por isso reduzida o que faz que a radiação que chega ao observador é quase branca. 

Igualmente é branca a cor do céu com neblina mas por uma razão diferente: as partículas que constituem as nuvens são maiores que os comprimentos de onda da luz e por isso dispersam de igual modo todos os comprimentos de onda. Quando o observador recebe luz indirectamente, a cor que vê é a da radiação de menor comprimento de onda e que por isso sofreu maior dispersão: azul ou violeta.

Quando a luz é razante, como é o caso do pôr-do-sol, a camada de atmosfera que os raios do Sol atravessam é mais espessa e nela os pequenos comprimentos de onda (o azul) espalham-se em todas as direcções e o observador só recebe as radiações de maior comprimento de onda (vermelho, laranja, amarelo). 

A Terra é vista do espaço com a cor azul mas por uma razão diferente: os oceanos e mares que constituem mais de 70% da superfície da Terra, absorvem os maiores comprimentos de onda, como o vermelho, ficando a reflecção limitada aos menores comprimentos de onda como o azul.
4.2 - A cor das nuvens.

Nas nuvens existem gotas de água muito maiores do que os comprimentos de onda das cores azul, verde e vermelho. Há uma dispersão generalizada e iguais quantidades de azul, verde e vermelho reúnem-se fazendo com que a luz dispersa seja branca. Com o acumular de uma maior quantidade de gotas ou cristais de água a nuvem torna-se cada vez mais espessa e densa.  Daqui resulta uma maior absorção e dispersão da luz no interior da nuvem a qual é insuficiente para que se verifique uma sua refracção na direcção dos nossos olhos: a face inferior da nuvem é cinzenta e não branca.

5- Arco iris.

O arco iris é um fenómeno meteorológico resultante da reflexão, refracção e dispersão da luz em gotas de água. É uma ilusão de óptica resultante da sucessão daqueles fenómenos. 

Em geral, apresenta-se sob a forma de semi arco formado por gotas de áqua e centrado na linha formada pelo Sol e pelo olho do observador que tem de estar à frente do Sol. 
A luz incide na gota de água sofre uma 1ª refracção quando nela penetra, é depois parcialmente (porque parte dela se espalha) reflectida na parede posterior da gota para, finalmente, ser novamente refractada na sua reentrada na atmosfera.

Quando ocorre uma dupla reflecção da luz no interior da gota de água surge um arco iris, dito secundário por cima do arco primário.

As suas cores são mais ténues do que as do arco primário porque mais luz é espalhada com a dupla reflecção e as suas cores aparecem em ordem inversa.

PS: Do estudo da luz (óptica) muito mais haveria a dizer e a explicar, o que entendo não estar no âmbito deste simples "blog". Espero ter despertado curiosidade.