Sensores de bajo coste en el laboratorio de Física

Vivimos rodeados de sensores: puertas que se abren automáticamente ante nosotros, farolas que se encienden cuando hay poca luz, pantallas táctiles que responden a los movimientos de nuestros dedos, estaciones que nos informan de la calidad del aire que respiramos… ¿Alguna vez te has preguntado cómo detecta la puerta nuestra presencia o cómo se ha enterado la farola de que es de noche?

Todos los ejemplos anteriores funcionan básicamente de la misma manera. Un sensor detecta el valor de una propiedad del mundo físico (movimiento, luz, temperatura, concentración de un gas…) y lo transforma en señales eléctricas. Estas señales son enviadas a un microcontrolador que las procesa y manda las órdenes pertinentes a los actuadores (el motor que hace que se abra la puerta, la bombilla de la farola, la pantalla que muestra el valor de la concentración de partículas en suspensión en el aire...) para que actúen de la manera programada. Este ciclo sensor-microcontrolador-actuador se repite una y otra vez, de manera que la respuesta se adapta siempre al estímulo recibido por el sensor.

La placa Arduino

Un microcontrolador no es otra cosa que un ordenador en miniatura que ejecuta el programa que tiene cargado en memoria. Para comunicarse con el exterior disponen de pines de entrada, que se conectan a los sensores para detectar el mundo físico, y pines de salida, que se conectan a los actuadores para obtener el resultado programado. Normalmente los microcontroladores utilizados en aplicaciones didácticas están montados en una placa controladora que incluye otros componentes, como los circuitos de alimentación, comunicación o protección. Un ejemplo de placa controladora es la placa Arduino:

Existe una gran variedad de sensores de bajo coste que se pueden utilizar de manera más o menos sencilla con Arduino. Con ellos se pueden medir magnitudes como temperatura, humedad, radiación infrarroja, campo magnético… Su precio, al igual que el de la placa, es generalmente muy económico.

¿Sensores en clase de Física?

Los sensores se pueden utilizar en clase de Física para comprobar experimentalmente distintos conceptos teóricos: ¿es cierto que la temperatura de un líquido afecta al proceso de evaporación?; ¿qué sucede con el campo magnético generado por una bobina cuando se varía la intensidad de corriente que circula por ella?; ¿cómo se refleja la radiación electromagnética en una superficie metálica?

Los sensores son muy útiles también para tomar medidas en las prácticas de laboratorio. Imagina que quieres obtener la curva de calentamiento del agua. Una ventaja de usar un sensor de temperatura es que puedes copiar directamente en una hoja de cálculo los datos medidos por el sensor para su posterior análisis. Además puedes tomar una gran cantidad de medidas sin apenas esfuerzo (no sería muy práctico utilizar un termómetro y un cronómetro si necesitases tomar medidas de la temperatura cada medio segundo, ¿verdad?).

¿Por qué usar sensores?

El “problema” que presenta el uso de los sensores es que su uso no es inmediato: hay que montar los circuitos de conexión del sensor y hay que programar el comportamiento del microcontrolador antes de poder usarlo. Lejos de ser un problema esto nos brinda una excelente oportunidad para ser creadores, y no únicamente consumidores, de tecnología.

Así, además de profundizar en los objetivos curriculares de la asignatura de Física diseñarás y montarás circuitos electrónicos sencillos y aprenderás un lenguaje de programación (recuerda: programar es una actividad fundamental en el trabajo científico). Por si esto fuera poco esta actividad también te ayudará a desarrollar otras habilidades fundamentales en multitud de ámbitos: planificar el trabajo de manera organizada y eficiente, analizar críticamente el trabajo realizado para introducir mejoras, seleccionar fuentes de información fiables en internet, identificar y resolver problemas...

Proyectos

Si te han convencido los beneficios que ofrece el uso de los sensores el primer paso es escoger un sensor para aprender a utilizar la placa Arduino. Y la mejor forma de hacerlo es desarrollando un proyecto concreto. En posteriores entradas del blog analizaremos con detalle cómo funcionan diversos sensores, cómo se conectan, cómo se programan y qué se puede hacer con ellos.