Vor vielen Jahren war es ein deutlicher Fortschritt, als man die Geschwindigkeit der Scheibenwischer bei einem Auto verändern und somit der auf die Scheibe gelangenden Wassermenge anpassen konnte. In jüngster Zeit wird mit sogenannten Regensensoren bei neuen Autos geworben:
"An feuchten trüben Tagen bekommt man's von allen Seiten: Aufgewirbeltes Wasser vom Vordermann oder vom Gegenverkehr, unregelmäßige Regenschauer. Bei diesen Witterungsverhältnissen ist volle Konzentration auf das Verkehrsgeschehen gefordert. Aber man ist ständig mit dem Scheibenwischerhebel beschäftigt. Doch es gibt eine Lösung: Regensensor XY. Er setzt den Scheibenwischer in Gang sobald feinste Regentropfen die Windschutzscheibe benetzen. Die Wischfrequenz passt sich der Regenintensität selbständig an.
Es sei dahingestellt, ob ein Regensensor wirklich solch eine große Errungenschaft ist. Allerdings stellt er eine hübsche Anwendung unserer Kenntnisse über die Brechung des Lichtes dar.
In einem Modellversuch kann das Grundprinzip des Regensensors gezeigt werden. In einen Plexiglaskörper mit halbkreisförmigem Querschnitt wird Licht so eingestrahlt, dass es an der ebenen Grenzfläche Glas-Luft zur Totalreflexion kommt.
Die Intensität des Lichtes wird mit einem empfindlichen Lichtsensor (z.B. Fotodiode) registriert.
1. Aufgabe:
Bestimme den Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang Plexiglas-Luft. Verwende dazu das Diagramm aus der Seite "Grundwissen-Brechung"
Lösung 1
Bild vom Wilhem-Erb-Gymnasium Winnweiler
Detailaufnahmen aus NiU-Physik, 12/2001, Seite 27
Bringt man nun z.B. mit einer Spritze Wasser auf die ebene Grenzfläche Luft-Glas, so findet keine Totalreflexion mehr statt. Das Licht wird z.T. in den "wasserfüllten" Raum gebrochen, z.T. aber auch wieder reflektiert. Auf jeden Fall geht die vom Lichtsensor festgestellte Intensität zurück.
Aus NiU-Physik, 12/2001, Seite 28:
Der reale Regensensor wird innen an der Frontscheibe des PKW befestigt und arbeitet nach folgendem Prinzip: Das Licht der Sendediode wird über ein Prisma in die Scheibe eingekoppelt, darin weitergeleitet und zur Empfangsdiode geführt. Die empfangene Lichtmenge hängt von der Regenintensität ab, weil Regentropfen die Totalreflexion an der Glasoberfläche z.T. aufheben. Ein Elektronikmodul erzeugt aus der Veränderung der Lichtmenge ein Signal zur Steuerung des Wischerbetriebes (u. U. auch zur Schließung des Schiebedaches oder zum Einschalten der Scheinwerfer). Um Fehlinterpretationen durch Kondensationsfeuchte vorzubeugen, hält eine integrierte Heizung den Messbereich von innen trocken.
2. Aufgabe:
Bestimme den Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang Plexiglas-Wasser (verwende dazu das Diagramm aus der Seite "Grundwissen-Brechung"). Erkläre damit die untere Skizze.
Lösung 2
Meist wird der Regensensor in der Nähe der Stelle angebracht, wo der Rückspiegel auf die Frontscheibe geklebt ist.
