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Sonntag, 19. Juli 2015, 01:08

Energieunschärfe, harmonischer Oszillator

Die Wellenfunktionen des harmonischen Oszillators im Grundzustand ψ0 und im 1. angeregten Zustand ψ1 lauten

\[ \psi_0(x) = \sqrt{ \frac{\alpha}{\pi^{1/2}} } \cdot e^{-\frac{\alpha^2 x^2}{2} } \]

\[ \psi_1(x) = \sqrt{ \frac{2 \alpha^3}{\pi^{1/2}} } \cdot x \cdot e^{-\frac{\alpha^2 x^2}{2} } \]

a) Zeigen Sie, dass die Wellenfunktionen normiert sind.

b) Berechnen Sie für den Grundzustand und den ersten angeregten Zustand die Orts-Impuls-Unschärfe.

c) Berechnen Sie die Unschärfe Δ(E_pot) der potentiellen Energie in den beiden Zuständen.

Die ersten beiden Teilaufgaben sind kein Problem. Wie berechne ich jedoch die Unschärfe der potentiellen Energie? Mehr Angaben als die Ortunschärfe Δx und die Impulsunschärfe Δp der beiden Zustände (aus Teilaufgabe b)) habe ich ja nicht gegeben.

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Sonntag, 19. Juli 2015, 17:37

c) Berechnen Sie die Unschärfe Δ(E_pot) der potentiellen Energie in den beiden Zuständen.


Wegen \[ V(x)) \ = \ \int _0^x D \ x^* dx^* \ = \ \frac {1}{2} \ D \ x^2 \ = \ \frac {1}{2} m \omega^2 \ x^2 \] entspricht der Ortsunschärfe eine Unschärfe der potenziellen Energie.

Gruß FKS

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Sonntag, 19. Juli 2015, 18:08

Aber die Energieunschärfe

\[ \Delta E_{pot} = \frac{1}{2} \ m \omega^2 \ \cdot \Delta x^2 \]

kann ich doch gar nicht berechnen, da die Masse m bzw. die Kreisfrequenz w des Systems nicht bekannt ist.

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Montag, 20. Juli 2015, 16:58

da die Masse m bzw. die Kreisfrequenz w des Systems nicht bekannt ist.


Nach meiner Rechnung gilt : \[ \alpha^2 \ = \ \frac {2\ \pi \ \omega \ m}{h}\]

Gruß FKS

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Montag, 20. Juli 2015, 21:08

Ach, darauf hätte ich auch kommen können. Vielen Dank! :)

6

Dienstag, 21. Juli 2015, 16:10

da die Masse m bzw. die Kreisfrequenz w des Systems nicht bekannt ist.


Nach meiner Rechnung gilt : \[ \alpha^2 \ = \ \frac {2\ \pi \ \omega \ m}{h}\]



Zur Ergänzung : Für die Kreisfrequenz gilt : \[ \omega \ = \ \sqrt{\frac{D}{\mu}} \]\[ \mu \ := \ \frac {m_1 \ \cdot \ m_2 }{m_1 \ + \ m_2 } \]

Wobei die vorstehende Definition der "reduzierten Masse" deutlich macht, dass man diese nur im Grenzfall z.B. \[m_1 \ << \ m_2\] durch die kleinere beiden schwingenden Teilmassen ersetzen kann, so dass es allgemein zu empfehlen ist , auch die Gleichungen mit der reduzierten Masse zu formulieren. In diesem Sinne :
\[ \alpha^2 \ = \ \frac {2\ \pi \ \omega \ \mu}{h}\]
\[ \alpha^2 \ = \ \frac {2 \ \pi \ \sqrt { \ \mu \ \cdot \ D}}{h}\]

Gruß FKS

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