Enunciado

Uma partícula está no nível fundamental em uma caixa que se estende desde x = 0 até x = L . a)Qual é a probabilidade de se encontrar a partícula na região entre 0 e L / 4 ? Calcule esse valor integrando Ψ ( x ) 2 d x , onde Ψ é normalizada, desde x = 0 até x = L / 4 . b)Qual é a probabilidade de se encontrar a partícula na região x = L / 4 e x = L / 2 ? c)Como se comparam os resultados dos itens (a) e (b)? Explique. d) Some as probabilidades calculadas nos itens (a) e (b) . e)Os resultados encontrados no itens (a), (b) e (d) estão de acordo com a figura? Explique.

Passo 1

Para uma partícula em uma caixa no estado fundamental :

Ψ ( x ) 2 = C 2 s e n 2 π x L

Como está normalizada:

Ψ ( x ) 2 = 2 L s e n 2 π x L

Para achar a probabilidade, precisamos integrar a norma da função de onda no intervalo dado no enunciado.

Passo 2

letra a)

A probabilidade desde x = 0 até x = L / 4 será:

P = ∫ 0 L / 4 2 L s e n 2 π x L   d x

P = 2 L ∫ 0 L / 4 1 - c o s 2 π x L 2   d x

P = 1 L x - L 2 π s e n 2 π x L 0 L / 4

P = 1 L L 4 - L 2 π

P = 1 4 - 1 2 π

Passo 3

letra b)

A probabilidade desde x = L / 4 até x = L / 2 será:

P = ∫ L / 4 L / 2 2 L s e n 2 π x L   d x

P = 2 L ∫ L / 4 L / 2 1 - c o s 2 π x L 2   d x

P = 1 L x - L 2 π s e n 2 π x L L / 4 L / 2

P = 1 L L 2 - L 4 - - L 2 π

P = 1 4 + 1 2 π

Passo 4

letra c)

Pelos valores das probabilidades que encontramos é mais provável que a partícula esteja mais próxima do meio da caixa do que da borda.

P = 1 4 + 1 2 π , que é x = L / 4 até x = L / 2 , é maior que P = 1 4 - 1 2 π , que é x = 0 até x = L / 4 .

Passo 5

letra d)

Somando:

1 4 + 1 2 π + 1 4 - 1 2 π = 1 2

Os resultados somam exatamente 1 / 2 , o que significa que a partícula tem a probabilidade de estar entre x   =   0 e L   / 2 , assim como esteja entre x   =   L / 2 e x   =   L .

Passo 6

letra e)

Pela figura temos que é mais provável que a partícula esteja mais próxima do meio da caixa do que da borda.

E esse foi o resultado que encontramos quando calculamos as probabilidades.

Então nosso resultado está de acordo com a figura.

Resposta

letra a) P = 1 4 - 1 2 π

letra b) P = 1 4 + 1 2 π

letra c) é mais provável que a partícula esteja mais próxima do meio da caixa do que da borda.

letra d) P = 1 2

letra e)está de acordo

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Esboce (a) a função de onda e (b) a função de densidade de probabilidade para o estado n = 5 do potencial finito do poço quadrado
Esboce (a) a função de onda e (b) a função de densidade de probabilidade para o estado n = 4 do potencial finito do poço quadrado
3b – Calcule os valores esperados de p e de p2 de uma partícula no estado n=2, num poço de potencial retangular.