Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 4- Ed: 12º - Capítulo 40.Problemas Desafiadores - Ex. 56
56. Considere um poço de potencial definido do seguinte modo: para , para e para (Figura ). Considere uma partícula com massa e energia cinética que está confinada no poço. A condição de contorno sobre a parede infinita é . Qual deve ser a forma da função de onda para a fim de que ela possa satisfazer simultaneamente à equação de
Schrödinger e às condições de contorno? A função de onda deve permanecer finita quando . Qual deve ser a forma da função de onda para a fim de que ela possa satisfazer simultaneamente à equação de Schrödinger e à condição de contorno no infinito? Imponha a condição de contorno de que e são contínuas para . Mostre que as energias permitidas são obtidas das soluções da equação ; onde e
Passo 1
Vamos analisar esse problema item por item separadamente para que a gente não se confunda, vamos lá então.
Esse problema pode ser comparado com o poço de potencial finito, pelo menos o lado direito e comparado a um poço infinito do lado esquerdo.
Passo 2
Para o caso do item onde a partícula está entre tendo uma energia , logo temos um caso parecido com um poço infinito pelo menos nesse intervalo, logo a função de onda é dada por:
Mas não é dado da mesma forma, vai depender das condições de contorno.
Passo 3
No caso item onde temos para nossa função deve cair a zero. Assim, nossa função de onda é dada da mesma forma que para um poço de potencial finito para o lado de fora assim:
Só que no nosso caso teremos que para que a função de onda zere para , assim:
Passo 4
Agora para o item temos que aplicar as condições de contorno para as seguintes equações de onda para que a função de onda seja continua:
Então temos o seguinte:
Agora se dividirmos a segunda expressão que encontramos pela primeira que encontramos, temos o seguinte:
Então para resolver essa equação só numericamente pois temos a energia dentro do argumento da cotangente e fora por meio de e .
Mas concluindo, temos como achar a energia por meio dessa expressão.