Experimento del prisma: haz un arcoíris en casa

Casi todas las fotos de arcoíris con prisma que ves en internet son renders, no fotografías. Lo real es más angosto, más tenue y mucho más interesante. Pon un prisma de vidrio en un rayo de sol que entre por una rendija y el espectro que proyecta en la pared mide apenas dos centímetros y medio de rojo a violeta. Por eso este experimento del prisma exige dos cosas: cuarto oscuro y haz angosto. Si las cumples, verás una separación que nadie olvida. Si no, una mancha blanca con bordes de color. La diferencia es física que puedes calcular antes de empezar.

Puntos clave

• Pasas un haz angosto por un prisma en un cuarto a oscuras y proyectas el espectro en una pared blanca. Nunca miras la fuente de luz a través del prisma.
• El prisma no agrega color. La luz blanca ya contiene todas las longitudes de onda, y el vidrio desvía cada una un poquito distinto porque su índice de refracción depende de la longitud de onda.
• La apertura es chica: en vidrio crown común y a desviación mínima, el rojo y el violeta salen separados unos 0,7°, o sea unos 2,5 cm a 2 m.
• Ideal de 6 a 12 años; la versión con cálculo, de 12 en adelante.
• Nunca mires al sol por un prisma, una ranura, una cámara ni nada. Proyectas el haz sobre una superficie y miras la superficie.

Lo que vas a necesitar

Artículo	Cuánto	Dónde conseguirlo	Si no lo tienes
Prisma triangular de vidrio o acrílico	1, caras de 25–50 mm	Casa de material didáctico, Mercado Libre, papelería escolar grande	Un pisapapeles de vidrio grueso, la esquina de una caja de acrílico, o un cristal de lámpara de araña
Linterna LED blanca potente	1	Ferretería	La linterna del celular sirve, pero da peor espectro (ver abajo)
Cartón negro rígido	1 hoja tamaño carta	Papelería	Caja de cereal pintada de negro, o dos cartones con 1 mm de separación
Cúter o bisturí	1	n/d	Solo adulto. O arma la ranura pegando dos bordes a 1 mm
Cartulina blanca o pared blanca	1	n/d	Una hoja de papel pegada a la pared
Cinta métrica	1	n/d	n/d
Segundo prisma	1, opcional	n/d	Para la recombinación; dos prismas de acrílico baratos alcanzan
Cuarto oscuro	1	Cortinas, o de noche	Una caja de cartón grande de lado, con la ranura en un extremo

Tiempo: preparación 15 min, experimento 20 min, limpieza 2 min Costo: un prisma chico cuesta como un libro de bolsillo; el resto ya está en casa Nivel de desorden: bajo

Haz el experimento del prisma

Paso 1 - Corta una ranura de 1 mm, no un agujero

Corta una ranura recta de 1 mm de ancho y 3 cm de largo en el cartón negro. Es el paso que todos se saltan y el que decide si funciona. Si no logras un corte limpio, pega dos cartones con sus bordes rectos separados 1 mm, usando una moneda como espaciador.

Paso 2 - Oscurece el cuarto y busca distancia

Cierra las cortinas. Pon el cartón de la ranura delante de la linterna, de modo que todo el haz tenga que pasar por ahí. Apunta a una pared blanca a 2 m o más. Mientras más lejos, más ancho el espectro, en proporción directa.

Paso 3 - Revisa el haz solo, antes del prisma

Mira la pared. Deberías ver una línea brillante y nítida de unos milímetros. Si ya mide 2 cm de ancho, la linterna es muy difusa: acércala a la ranura o usa una de haz más cerrado.

Paso 4 - Mete el prisma en el haz y gíralo despacio

Sostén el prisma en el haz a unos 30 cm de la ranura, con la ranura vertical y las aristas largas del prisma también verticales. Gíralo despacio sobre su eje vertical mirando la pared, no el prisma.

Lo que deberías ver: La línea brillante se desplaza por la pared y, en cierta orientación, deja de avanzar y se regresa. Ese punto de retorno es la desviación mínima, y es donde el espectro queda más nítido. Ahí aparece una banda rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta, de unos 2,5 cm a 2 m con un prisma de vidrio.

Paso 5 - Mide la apertura

Marca con lápiz el borde exterior del rojo y el del violeta en una cartulina pegada a la pared. Mide esa distancia y la del prisma a la pared. El ángulo en grados es 57,3 × (separación ÷ distancia). Con 2,5 cm a 2,0 m sale 0,72°.

Paso 6 - Recombínalo con un segundo prisma

Pon el segundo prisma en el haz de colores, invertido respecto al primero, unos 10 cm después. Ajusta hasta que los colores se vuelvan a encimar.

Lo que deberías ver: Blanco. No gris, no lodoso: una línea reconociblemente blanca. Este es el experimento decisivo de Newton de 1672, y es la demostración más convincente de que el primer prisma separó algo que ya estaba ahí en lugar de crear color.

Paso 7 - Aísla un color e intenta partirlo otra vez

Haz un segundo cartón con ranura y ponlo en el espectro para que pase solo la banda verde. Manda ese haz verde al segundo prisma.

Lo que deberías ver: Se desvía, pero no se parte. El verde sigue verde. Un prisma no puede descomponer una sola longitud de onda, lo que te dice que los colores del espectro son elementales y el blanco es el compuesto.

Qué está pasando en realidad

La refracción ocurre porque la luz viaja más despacio dentro del vidrio que en el aire. La razón entre ambas velocidades es el índice de refracción, n = c/v, y la ley de Snell relaciona los ángulos en la superficie: n₁ sen θ₁ = n₂ sen θ₂. Nada de eso, por sí solo, produce un arcoíris.

La dispersión es el dato extra que lo hace funcionar: n no es un número único para un material, depende de la longitud de onda. Para el BK7 de Schott, un vidrio crown de borosilicato muy corriente, el índice publicado vale 1,5143 a 656,3 nm en el rojo, 1,5168 a 587,6 nm en el verde amarillento y 1,5224 a 486,1 nm en el azul, según los datos de índice de refracción del BK7. El azul “ve” un vidrio ligeramente más lento y más denso ópticamente que el rojo, así que se desvía un poco más en cada cara.

Un prisma tiene dos caras no paralelas, así que las dos desviaciones se suman en lugar de cancelarse. Para un prisma equilátero a desviación mínima, δ = 2·arcsen(n·sen 30°) − 60°. Con esos tres índices sale 38,40° para el rojo, 38,62° para el verde amarillento y 39,14° para el azul. Todo el espectro visible cabe en unos tres cuartos de grado.

Ese número explica cada detalle del procedimiento. A 2 m, 0,74° son unos 26 mm de apertura en la pared. Si tu ranura proyecta una imagen de 5 mm, cada color es una mancha de 5 mm y los vecinos se enciman casi por completo: de ahí el blanco con flecos. Con 1 mm tienes bandas de 1 mm dentro de un espectro de 26 mm, y se ven limpias. Al duplicar la distancia duplicas la apertura mientras la imagen de la ranura queda igual.

Dos correcciones a lo que se suele decir. Primero, el prisma no “agrega” ni “crea” color: la luz del sol ya los contiene todos y el vidrio solo los ordena por ángulo. Newton lo estableció en su carta de 1672 a la Royal Society usando justamente la recombinación. Segundo, el arcoíris del cielo viene de la misma dispersión con otra geometría: refracción al entrar a una gota esférica, una reflexión interna y refracción al salir, lo que concentra la luz a unos 42° del punto antisolar para el rojo y 40° para el violeta.

Una nota sobre las fuentes, porque ahí fracasan los intentos caseros. Un LED blanco no tiene espectro continuo: es un chip azul de unos 450 nm más un fósforo amarillo, con un hueco real cerca de 480 nm. Si lo dispersas, sale una banda azul fuerte y una amarillo-naranja ancha con un bajón entre las dos. Parece un error y no lo es. El sol directo y un foco incandescente sí son continuos: si a tu arcoíris de LED le falta un color, de verdad le falta.

Cómo explicárselo a tu hijo

De 5 a 8 años: el blanco son todos los colores apilados

Dile que la luz blanca son todos los colores viajando juntos, en montón, y que el vidrio es como una multitud entrando a agua honda: los azules se frenan un poquito más, así que doblan un poquito más. Después haz el paso del segundo prisma y déjalo ver cómo los colores vuelven a ser blanco. Ese momento es la clase. Luego que busque arcoíris por la casa: el borde de un espejo, un CD, un vaso de agua en una ventana con sol. Nunca mirando hacia el sol.

De 9 a 12 años: cada color se desvía distinto

Preséntale refracción y dispersión como dos ideas separadas, porque juntarlas es el error habitual. Refracción es desviarse. Dispersión es desviarse distinto según el color. Que mida la separación rojo-violeta a 1 m, 2 m y 3 m y vea que se duplica y se triplica. Es una proporción que puede graficar, y es la misma geometría de la óptica de la luz, el arcoíris, la refracción y las sombras.

De 13 en adelante: calcula la desviación y compruébala

Dale los tres índices del BK7 y la fórmula de desviación mínima, δ = 2·arcsen(n·sen(A/2)) − A para un ángulo de ápice A. Que calcule las desviaciones del rojo y del azul, prediga la separación a su distancia medida y compare con la regla. Después, la pregunta difícil: ¿por qué un prisma de acrílico, con n ≈ 1,49, da un espectro de ancho parecido aunque su índice sea menor? Porque el ancho depende de cuánto cambia n en el visible, no de n, que es lo que mide el número de Abbe.

La pregunta que debes hacer: “Si llenáramos un prisma hueco de plástico con agua en lugar de usar vidrio, ¿el arcoíris saldría más ancho, más angosto o igual? Dime cuál y por qué antes de probarlo.”

Por qué enseñar esto temprano vale la pena

La dispersión es el primer lugar de la educación científica donde una propiedad resulta ser una función y no una constante. El índice de refracción del vidrio no es un número: es una curva. Ese salto, de “los materiales tienen propiedades” a “las propiedades dependen de las condiciones”, reaparece en resistencia y solubilidad contra temperatura.

También es la base de la espectroscopía, que es cómo sabemos de qué están hechas las estrellas, y lleva directo a armar un espectroscopio casero con un DVD y cartón.

El estudio de Galili y Hazan (2000) sobre conocimiento en óptica, en el International Journal of Science Education, documentó lo pegajoso que es el modelo de “los colores están en el objeto” frente al de “la luz lleva los colores”. Buen correctivo contra la idea de que una demostración arregla una concepción errónea. El paso de recombinación apunta justo a esa creencia, y casi todas las versiones caseras lo omiten.

¿Y en América Latina?

Conseguir el prisma es lo único que toma trabajo. Las casas de material didáctico los venden sueltos, y en Mercado Libre hay prismas de acrílico de 50 mm por el precio de dos cafés. Si no quieres comprar nada: un cristal colgante de lámpara de araña, de los que aparecen en La Lagunilla en Ciudad de México o en San Telmo en Buenos Aires, funciona perfecto y ya trae varias caras. Un pisapapeles de vidrio grueso también sirve.

Hay un detalle de latitud que cambia el montaje y que casi nadie menciona. En Bogotá, Lima, Quito o Ciudad de México el sol de mediodía está casi vertical, así que un rayo que entre por una rendija llega muy inclinado y recorre poca pared. Hazlo a media mañana o a media tarde, cuando el rayo entra casi horizontal y cruza el cuarto completo. En Santiago, Montevideo o Buenos Aires en invierno el sol está bajo todo el día y un haz horizontal atraviesa la sala sin esfuerzo: es la mejor época del año para este experimento.

Y una advertencia que en el trópico pesa más: el índice UV al mediodía en buena parte de la región llega a valores extremos, y la tentación de “echarle un ojito al sol” es exactamente lo que no se puede hacer. Trabaja siempre de espaldas al sol y mirando la pared.

Para la escuela, el tema entra en los aprendizajes clave de la SEP sobre la luz y sus propiedades en México, en Física de 1.º medio de Mineduc en Chile, y en los estándares de ciencias naturales del MEN en Colombia. La versión medida, con la separación rojo-violeta graficada contra la distancia, es un proyecto de feria presentable.

Antes de empezar: lo que los papás deben saber

Mejor edad	De 6 a 12 años para la demostración; de 12 en adelante para el cálculo
Supervisión	Adulto obligatorio para cortar la ranura con cúter, y adulto presente siempre que la fuente sea el sol
Riesgos reales	Mirar al sol. La retinopatía solar puede ocurrir en segundos y suele no doler mientras pasa. Un prisma no vuelve seguro mirar al sol, y tampoco los lentes de sol, dos pares encimados, negativos de película velada ni vidrio ahumado, como lo dice sin rodeos la Academia Americana de Oftalmología. De espaldas al sol y mirando la pared. Los prismas de vidrio además tienen aristas filosas
No hagas esto	No cambies la linterna por un apuntador láser. Un láser es una sola longitud de onda, así que no produce espectro, y es un riesgo ocular en manos de un niño

Cuando no funciona

• Sale blanco con bordes de color. El haz es muy ancho. Es la falla dominante: baja la ranura a 1 mm, pega la linterna contra ella y aléjate de la pared.
• El espectro se ve tenue. Demasiada luz ambiente. Cierra las cortinas o arma una caja: ranura en un extremo, prisma adentro, y mira la pared del fondo.
• Parece faltar un color. Tu fuente es un LED blanco, que de verdad tiene un hueco cerca de 480 nm. Cámbiate a sol directo por una rendija, o a un foco incandescente o halógeno.
• Los colores aparecen solo en un ángulo. Es correcto: el espectro más nítido está en la desviación mínima. Gira despacio hasta el punto donde el haz se detiene y se regresa.

Para llevarlo más lejos

• Mide la dispersión relativa. Compara la apertura rojo-violeta de un prisma de vidrio y uno de acrílico a la misma distancia y con la misma ranura. La razón entre aperturas te habla de la dispersión relativa de los dos materiales.
• Arma un prisma de agua y pon a prueba la predicción. Pega tres portaobjetos o tres tiras de acrílico en triángulo, sella la base y llénalo de agua. La apertura sale notablemente más angosta que con vidrio. Anótala y explica por qué.

Qué observar en los próximos 3 meses

• Semana 4: Detecta dispersión en la calle sin que nadie se lo pida: el borde biselado de un espejo, una copa, el filo de una alberca.
• Mes 2: Distingue con sus propias palabras “el vidrio desvía la luz” de “el vidrio desvía distinto cada color”. Ahí aterrizó el concepto.
• Mes 3: Si pregunta por qué el arcoíris siempre es un arco al mismo ángulo, o por qué a veces hay un segundo arco más tenue por fuera, ya superó el prisma y está listo para la geometría de la gota. El segundo arco viene de dos reflexiones internas y tiene los colores invertidos.

Preguntas frecuentes

¿Puedo usar la linterna del celular?

Sí, y vas a ver colores, pero el espectro se verá incompleto porque esas linternas son LED blancos con un hueco espectral cerca de 480 nm. Para un espectro suave y completo necesitas sol o un foco incandescente. Comparar las dos fuentes es, de hecho, la mejor clase.

¿Por qué mi arcoíris es tan chico?

Porque ese es su tamaño real. Todo el espectro visible de un prisma de vidrio cubre unos 0,7° a desviación mínima: 2,5 cm a 2 m y 5 cm a 4 m. Las fotos que has visto suelen ser composiciones o ilustraciones.

¿Importa la forma del prisma?

Importa el ángulo del ápice. El equilátero de 60° es el estándar porque separa bien sin que el haz se refleje totalmente dentro del vidrio. Una cuña delgada casi no separa.

¿Puedo dejar el prisma en la ventana?

Trátalo como una lupa: concentra luz solar lo suficiente para marcar papel o tela con el tiempo. Guárdalo cuando no lo uses y nunca lo dejes donde un niño pueda mirar por él hacia la ventana.

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Sobre el autor

Ricky Flores es el fundador de HiWave Makers e ingeniero eléctrico con más de 15 años de experiencia desarrollando tecnología de consumo en Apple, Samsung y Texas Instruments. Escribe sobre cómo los niños aprenden a construir, pensar y crear en un mundo saturado de tecnología. Lee más en hiwavemakers.com.

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Fuentes

1. Newton, I. (1672). “A letter of Mr. Isaac Newton… containing his new theory about light and colors.” Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 6, 3075–3087. https://doi.org/10.1098/rstl.1671.0072
2. Polyanskiy, M. N. “Refractive index of BK7 (Schott).” RefractiveIndex.INFO. https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=BK7&page=SCHOTT
3. The Physics Classroom. “Dispersion of Light by Prisms.” https://www.physicsclassroom.com/class/refrn/Lesson-4/Dispersion-of-Light-by-Prisms
4. NASA Science. “Visible Light.” Tour of the Electromagnetic Spectrum. https://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight/
5. Galili, I., & Hazan, A. (2000). “Learners’ knowledge in optics: interpretation, structure and analysis.” International Journal of Science Education, 22(1), 57–88. https://doi.org/10.1080/095006900290000
6. American Academy of Ophthalmology. “Solar Eclipse Eye Safety.” https://www.aao.org/eye-health/tips-prevention/solar-eclipse-eye-safety
7. National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/13165