BerandaSainsFisikaFisika Modern - Persamaan Schrödinger Bergantung Waktu

Fisika Modern – Persamaan Schrödinger Bergantung Waktu

Tunjukkan solusi persamaan Schroedinger yang bergantung pada waktu satu dimensi

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = -\frac{\hbar^2}{2m} \frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2} + V\psi$$

bisa diberikan oleh

$$\psi(x,t) = (A \sin kx) e^{-i\omega t}$$

di mana

$$k^2 = \frac{2m}{\hbar^2} (E – V)$$

Menghitung Turunan Terhadap Waktu (Sisi Kiri)

Turunkan $\psi$ terhadap $t$:

$$\frac{\partial \psi}{\partial t} = (A \sin kx) \frac{\partial}{\partial t} (e^{-i\omega t})$$

$(A \sin kx)$ diabaikan karena tidak mengandung variabel $t$

Turunan dari $e^{\alpha t}$ adalah $\alpha e^{\alpha t}$

$$\frac{\partial \psi}{\partial t} = (A \sin kx) e^{-i\omega t} (-i\omega)$$

Nilai $(A \sin kx) e^{-i\omega t}$ disederhanakan menjadi $\psi$

$$\frac{\partial \psi}{\partial t} = \psi (-i\omega)$$

Kalikan dengan $i\hbar$:

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = i\hbar \psi (-i\omega)$$

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = (i \cdot -i) \hbar \psi \omega$$

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \hbar \psi \omega$$

Nilai dari $(i \cdot -i)$ adalah 1

Karena dalam mekanika kuantum $E = \hbar \omega$, maka:

$$i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = E\psi$$

$$\text{Sisi Kiri} = E\psi \quad \dots (1)$$

Menghitung Turunan Terhadap Posisi (Sisi Kanan)

Turunan pertama terhadap $x$:

$$\frac{\partial \psi}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x}(A \cos kx) e^{-i\omega t}$$

$e^{-i\omega t}$ diabaikan karena tidak mengandung variabel $x$

Turunan dari $\cos (\alpha x)$ adalah $-\alpha \sin (\alpha x)$

$$\frac{\partial \psi}{\partial x} = (- Ak \sin kx) e^{-i\omega t}$$

Turunan kedua terhadap $x$:

$$\frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2} = \frac{\partial}{\partial x}(- Ak \sin kx) e^{-i\omega t}$$

$e^{-i\omega t}$ diabaikan karena tidak mengandung variabel $x$

Turunan dari $\sin (\alpha x)$ adalah $\alpha \cos (\alpha x)$

$$\frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2} = (-Ak^2 \cos kx) e^{-i\omega t}$$

Nilai $(A \sin kx) e^{-i\omega t}$ disederhanakan menjadi $\psi$

$$\frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2} = -k^2 \psi$$

Substitusikan hasil ini ke sisi kanan persamaan Schrödinger:

$$-\frac{\hbar^2}{2m} (-k^2 \psi) + V\psi$$

$$\frac{\hbar^2 k^2}{2m} \psi + V\psi$$

$$\left( \frac{\hbar^2 k^2}{2m} + V \right) \psi (2)$$

Pembuktian dengan Nilai $k^2$

Dari soal, diberikan syarat nilai $k^2$ adalah:

$$k^2 = \frac{2m}{\hbar^2} (E – V)$$

Substitusikan nilai $k^2$ ini ke dalam hasil persamaan (2):

$$\left( \frac{\hbar^2}{2m} \cdot \frac{2m(E-V)}{\hbar^2} + V \right) \psi$$

$$( (E – V) + V ) \psi = E\psi$$

$$\text{Sisi Kanan} = E\psi \quad \dots (2)$$

Kesimpulan

Setelah kita substitusikan, kita mendapatkan:

  • Sisi Kiri: $E\psi$
  • Sisi Kanan: $E\psi$

Karena kedua sisi bernilai sama, maka terbukti bahwa $\psi(x,t) = (A \sin kx) e^{-i\omega t}$ adalah solusi yang valid untuk persamaan Schrödinger tersebut.

Artikel Terkait

Tinggalkan komentar

Silakan masukkan komentar anda!
Silakan masukkan nama Anda di sini

Artikel Terbaru

Artikel Populer