Usando um voltímetro para medir tempo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

As vezes, para se medir um intervalo de tempo, é suficiente um cronômetro, outras vezes é preciso imaginar ou lançar mão de métodos indiretos. Neste trabalho exploramos um método indireto para medir intervalos de tempo baseado na curva de descarga de um capacitor através de um resistor. O capacitor, previamente carregado, esta ligado em série com o resistor e uma chave apropriada inicialmente aberta. Quando a chave é acionada durante um certo tempo, o capacitor perde parte de sua carga e a tensão nos seus terminais cai para um valor V. Medindo-se a tensão inicial V0 e a tensão V, determina-se a partir da curva de descarga ou da equação de descarga de um capacitor num circuito RC o tempo t durante o qual a chave permaneceu fechada. O método consiste justamente em associar a duração de um evento ao tempo t durante o qual a chave permaneceu fechada. Para medir V e V0 sem que o capacitor se descarregue através da resistência interna do voltímetro, acoplamos a ele um amplificador operacional (CA 3140), montado na configuração seguidor emissor. O método foi testado com sucesso numa série de experiências que realizamos. Numa delas, por exemplo, medimos a duração de uma colisão entre duas esferas de aço e, numa outra, medimos a velocidade de um projétil disparado por uma carabina de pressão.

The most direct way to measure time intervals is through the use of a chronometer. But sometimes we need to use some non-conventional method. In this work we explore an indirect method to measure time intervals based on the discharge curve of a capacitor through a resistor. The capacitor previously charged is connected in series with the resistor and a proper switch initially open. When the switch is closed for a certain time, the capacitor discharges partially and the potential difference across its terminals decays from a initial value V0 to V. Using the discharge curve or the discharge equation of a capacitor in RC circuit, and measuring both the voltage V0 and V, we can determine the time t during which the switch remained closed. The method consists in associating the duration of an event to the time t. To avoid the capacitor to discharge through the voltmeter resistance when measuring V and V0, we use a operational amplifier(CA 3140) set up as a unity gain voltage follower. The method was successfully tested in a series of experiments we perform. In one of them, for instance, we measured the duration of a collision between two steel balls. In another, we measured the speed of a pellet fired by an air rifle.