Construa você mesmo: sensor de chuva

É descrita a construção e exploração de um dispositivo didático simples, destinado à detecção de gotas de água (chuva), a partir da reflexão interna total da luz. O dispositivo é de construção simples, baixo custo, e pode ser empregado mesmo em ambientes com grande número de alunos.

Palavras-chave:
sensor de chuva; reflexão interna total; óptica

Autoria

Francisco Catelli ^**Endereço de correspondência: fcatelli@ucs.br.

Universidade de Caxias do Sul, Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, Caxias do Sul, RS, BrasilUniversidade de Caxias do SulBrasilCaxias do Sul, RS, BrasilUniversidade de Caxias do Sul, Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, Caxias do Sul, RS, Brasil

https://orcid.org/0000-0002-2484-7711

Alexandre Mesquita

^*Endereço de correspondência: fcatelli@ucs.br.

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Fórmulas (1)

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Figura 1
Na figura à esquerda, o ângulo de incidência é menor que o ângulo crítico. São representados o raio incidente (que forma um ângulo

θ_{i}

com a normal), o raio refletido

(θ_{r} = θ_{i})

e o raio refratado ou transmitido (que forma um ângulo

θ_{t}

com a normal). Na figura central,

θ_{t} = 90 °

, e

θ_{i}

passa a ser denominado de ângulo crítico

(θ_{crit})

. Por fim, se o ângulo de incidência excede o ângulo crítico, como na figura da direita, não há mais raio transmitido, e ocorre apenas a reflexão.

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Figura 2
À esquerda, um raio de luz incide numa interface acrílico – ar. Esse ângulo é de 45°, maior que o ângulo limite de 41,8°, e então ocorre apenas reflexão, não existindo raio transmitido para o ar. Na figura da direita o segundo meio, em vez de ar, é água. O ângulo de incidência permanece o mesmo, 45° mas dessa vez há um raio transmitido, sob um ângulo de 52,9°.O sinal recebido por um detector D é máximo na figura da esquerda, e cai consideravelmente na figura da direita.

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Figura 3
Considere a interface acrílico - ar da face superior, horizontal, do prisma, na imagem à esquerda. O feixe de laser incide nessa interface formando um ângulo de 45° em relação à normal (veja também a figura 2), e assim é completamente refletido. Na imagem da direita, um pingo d'água faz com que a interface agora separe o acrílico da água, e o ângulo crítico (antes 41,8° passa a ser 52,5°. Então, passa a existir um raio transmitido, e o raio refletido, que persiste, sob o mesmo ângulo, perde muito de sua intensidade inicial.

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(1)

Figura 1 Na figura à esquerda, o ângulo de incidência é menor que o ângulo crítico. São representados o raio incidente (que forma um ângulo $θ_{i}$ com a normal), o raio refletido $(θ_{r} = θ_{i})$ e o raio refratado ou transmitido (que forma um ângulo $θ_{t}$ com a normal). Na figura central, $θ_{t} = 90 °$ , e $θ_{i}$ passa a ser denominado de ângulo crítico $(θ_{crit})$ . Por fim, se o ângulo de incidência excede o ângulo crítico, como na figura da direita, não há mais raio transmitido, e ocorre apenas a reflexão.

Figura 2 À esquerda, um raio de luz incide numa interface acrílico – ar. Esse ângulo é de 45°, maior que o ângulo limite de 41,8°, e então ocorre apenas reflexão, não existindo raio transmitido para o ar. Na figura da direita o segundo meio, em vez de ar, é água. O ângulo de incidência permanece o mesmo, 45° mas dessa vez há um raio transmitido, sob um ângulo de 52,9°.O sinal recebido por um detector D é máximo na figura da esquerda, e cai consideravelmente na figura da direita.

Figura 3 Considere a interface acrílico - ar da face superior, horizontal, do prisma, na imagem à esquerda. O feixe de laser incide nessa interface formando um ângulo de 45° em relação à normal (veja também a figura 2), e assim é completamente refletido. Na imagem da direita, um pingo d'água faz com que a interface agora separe o acrílico da água, e o ângulo crítico (antes 41,8° passa a ser 52,5°. Então, passa a existir um raio transmitido, e o raio refletido, que persiste, sob o mesmo ângulo, perde muito de sua intensidade inicial.

(1)

n_{1} s i n θ_{i} = n_{2} s i n θ_{t}

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