Solucionario 3

S3P12) Una mujer sobre una escalera tira pequeños perdigones hacia una mancha sobre el piso. a)

Muestre que, de acuerdo con principio de incertidumbre, la distancia 1/ 4

1/2

   H  errada debe ser al menos de ∆x =     donde H es la altura  m   2g  inicial de cada perdigón sobre el suelo y m es la masa de cada uno. b) Si H = 2,0 m y m = 0,50 g ¿Cuál es ∆x?

SOLUCION: Y t=0

m

v(0)

g

H t 0

x

Analizando las componentes de movimiento,

X: x  0  v(0)t  x  v(0)t...

Y:

1 2H 0  H  0  gt 2  t  ... 2 g

De α y β se obtiene,

x  v(0)

2H ... g

Transformando γ, x  v(0)

2H 2H 2H  mx  mv (0)  px g g g

 mx 

2H px g

X

Ahora, usando el Principio de indeterminación de W Heisenberg, xpx 

h , 2

xpx 

  x   2

h g   x  mx 2 2H 

 

  

h 2

h 1 2H h 2H   2 m g 2m g 1

1

 x  



1

1

h  2  2H  4  h 2  H  4   x        2m   g   m   2g 

1 2

1 4

 h  H      m   2g 

x  

b) Evalúe x para, H= 2,0 , m= 5x10-4 …?

S3P11) a) Suponga que un electrón está confinado dentro de un núcleo de 5.0 x 10-15 m de diámetro. Emplee el principio de incertidumbre para determinar si este electrón es relativista o no relativista b) Si este núcleo contiene sólo protones y neutrones, ¿algunas de estás son partículas relativistas? Explique.

SOLUCION: a) Analizando para el electrón mediante el principio de incertidumbre de W Heisenberg, ∆x∆px ≥

h , 2

 xpx 

h h  x  mv  , m: masa del electrón, m= 9,1x10-31, 2 2

 v 

h , x: confinamiento del electrón, x= 5x10-15, 2xm

 v 

h 6, 63 1034   0, 012  1012 : c 31 15 2xm 4  9,1 10  5  10

 v : c , ¡Por lo tanto el electrón podría ser relativista!

b) Análogamente, considerando protones mp= 1,67x10-27,

h 6, 63 1034  v    0, 065 108 : 0, 022c 27 15 2xm 4 1, 67  10  5 10  v : 0, 022c , ¡Por lo tanto los ps o ns no serian necesariamente relativistas!

S3P17) Un electrón Un electrón está contenido en una caja unidimensional de 0,200 nm de ancho. a) Dibuje un diagrama de nivel de energía para el electrón en niveles hasta n = 4 b) Encuentre la longitud de onda de todos los fotones que pueden ser emitidos por el electrón al hacer transiciones que a la larga lo llevarán del estado n = 4 al estado n = 1.

SOLUCION: De acuerdo al modelo de partícula confinada en una caja, los niveles de energía accesibles están dados por la siguiente ecuación, 

h2  2 n , por lo tanto, 2  8mL 

En  

a) Para el diagrama de niveles de energía hasta n=4, 

 6, 63 10  8  9,1 10   0, 2 10 



34 2



En   

9 2

31



2 19 2  n  15,110  9, 44n (eV )



Calculando, E1  9, 44 (1) 2  9, 44 eV , E2  37, 76 , E3  84,96 , E4  151, 04 b) Para todas las combinaciones posibles en la desexcitacion electrónica,

usamos la ecuación, hc hc  6, 63 10   3 10     E E 34

E  h   ( nm) 

1243 E (eV )

,

E4  E3  66, 08  1  18,8 ,

8

  1243 E

E3  E2  47, 2  2  26,3 , E2  E1  28,32  3  43,9 , E3  E1  75,52  4  16,5 , E4  E2  113, 28  5  11, 0 y E4  E1  141, 6  6  8,8