normalización de una función de onda

17
Universidad Pedagógica Nacional Francisco Morazán Física Moderna II Normalización de una función de onda Dr. Armando Euceda Presentado por: Suany Herrera Franclin Solano Julio César Zúniga Tegucigalpa M.D.C, Febrero de 2009 1 1

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Page 1: Normalización de una función de Onda

Universidad Pedagógica Nacional Francisco Morazán

Física Moderna IINormalización de una función de onda

Dr. Armando Euceda

Presentado por: Suany Herrera Franclin Solano Julio César Zúniga

Tegucigalpa M.D.C, Febrero de 2009

11

Page 2: Normalización de una función de Onda

2cos

0

xA

L

4 4

L Lx Para

en caso contrario

Problema:Una partícula es descrita por los valores de la función de onda:

a)a)Determine la constante de normalización A.Determine la constante de normalización A.

b)¿Cuál es la probabilidad de que la partícula se b)¿Cuál es la probabilidad de que la partícula se encuentre entre encuentre entre y si se mide su posicióny si se mide su posición??

0x 8

Lx

x 4 4

L Lx

22

Page 3: Normalización de una función de Onda

a. Para encontrar la constante de normalización se obtiene la función de densidad de probabilidad, mediante la ecuación:

Luego se sustituye la función de onda en la ecuación anterior

2, 1x t dx

x

42 2

4

2cos

L

L

xA dx

L

2

2

2

xu

L

du dxL

Ldudx

haciendohaciendo

derivandoderivandosustituyendsustituyendo o 2 4

2

4

cos2

L

L

LAudx

2 xu

L

33

Page 4: Normalización de una función de Onda

Utilizando la identidad trigonométrica:

La integral se puede expresar como:

2 1 cos 2cos

2

uu

2 4

4

1 cos 2

2 2

L

L

LA udu

Luego se aplica la propiedad Luego se aplica la propiedad distributivadistributiva

2 4 4

4 4

cos 24

L L

L L

LAdu udu

44

Ver demostración

Page 5: Normalización de una función de Onda

Después se resuelven las integrales

2 4

4

sin 2

4 2

L

L

LA uu

4

2

4

2sin 2

2

4 2

L

L

xLA x L

L

2 xu

L

Seguidamente se sustituye el valor de Seguidamente se sustituye el valor de

55

Page 6: Normalización de una función de Onda

Evaluando los limites de integración:

2 2

2 2sin 2 sin 2

2 24 44 4 2 4 4 2

L LLA L LA LL L

L L

2 2

4 2 4 2

LA LA

2 2

8 8

LA LA

2

4

LA

66

Page 7: Normalización de una función de Onda

Por la ecuación se iguala: 2, 1x t dx

2 4LA

2A

L

2

14

LA

77

Page 8: Normalización de una función de Onda

x 2 2cos

x

LL

-2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5 2 x

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

2

2.5

3

y

O

Al sustituir la constante de normalización A en la Al sustituir la constante de normalización A en la función de onda, se obtiene:función de onda, se obtiene:

y su y su gráfica:gráfica:

88

Page 9: Normalización de una función de Onda

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5 2 x

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

y

O

y su y su gráfica:gráfica:

24 2cos

x

L L

x

Luego se Luego se obtiene:obtiene: 2,x t

x

99

Page 10: Normalización de una función de Onda

para

4

L

4

L

4

L

4

L

2 2cos

0

x

LL

x 4 4

L Lx

en caso en caso contrariocontrario

parapara24 2cos

0

x

L L

x4 4

L Lx

en caso contrarioen caso contrario

cuando cuando L=2L=2

cuando L=2cuando L=2

2

L

4

L

1010

Page 11: Normalización de una función de Onda

b. Ahora se calculara la probabilidad de que la partícula se encuentre entre: y

82 2

0

2cos

L

xA dx

L

2 8 8

0 0

cos 24

L L

LAdu udu

2 xu

L

0x 8

Lx

Se plantea nuevamente la integral y se modifican Se plantea nuevamente la integral y se modifican los limites de integración:los limites de integración:

Luego se realiza el cambio de variable del inciso Luego se realiza el cambio de variable del inciso anterior y se obtiene:anterior y se obtiene:

donddonde e

1111

Page 12: Normalización de una función de Onda

Después se resuelve la integral

2 8

0

sin 2

4 2

L

LA uu

2 xu

L

8

2

0

2sin 2

2

4 2

L

xLA x L

L

Seguidamente se sustituye Seguidamente se sustituye el valor de el valor de

1212

Page 13: Normalización de una función de Onda

Evaluando los limites de integración:

2 2

16 8

LA LA

2 2

2 2 0sin 2 sin 2

2 2 08 44 8 2 4 4 2

LLA L LAL L

L L

2 1

04 4 2

LA

2 2

16 8

LA LA

2

4

LA

1313

Page 14: Normalización de una función de Onda

Finalmente se sustituye el valor de A:

2 22 2

16 8

L LL L

4 4

16 8

L L

L L

1 1

4 2 0.4092 0.41

La probabilidad de que la partícula este entre La probabilidad de que la partícula este entre y y es es

0x 8

Lx

0.41

1414

Page 15: Normalización de una función de Onda

Gráficamente se tiene:

4

L

8

L

4

L

0 0.418

LP x

1515

Page 16: Normalización de una función de Onda

Esta identidad trigonométrica se puede verificar de la siguiente manera:

Se considera la fórmula del ángulo doble:

2cos 2 1 2u sen u

22 1 cos 2sen u u

2 1 cos 2

2

usen u

Ver demostración

1616

Page 17: Normalización de una función de Onda

Se expresa :cos 2 cos( )u u u

cos cosu u senusenu 2 2cos u sen u

2 21 sen u sen u

2cos 2 1 2u sen u

Luego por la identidad fundamental:Luego por la identidad fundamental:2 2cos 1sen u u

Se Se obtiene:obtiene:

1717