Contoh Soal Fisika Kuantum dan Pembahasannya

Fisika kuantum adalah bidang ilmu yang sangat menarik dan kompleks. Teori ini digunakan untuk menjelaskan fenomena-fenomena subatomik, seperti sifat partikel dasar dan interaksi antarpartikel. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal fisika kuantum dan pembahasannya.

Apa itu Fisika Kuantum?

Fisika kuantum adalah teori yang digunakan untuk menjelaskan fenomena-fenomena subatomik, seperti sifat partikel dasar dan interaksi antarpartikel. Teori ini terbentuk dari prinsip-prinsip dasar, seperti ketidaktertentuan Heisenberg, superposisi, dan terowongan kuantum.

Contoh Soal Fisika Kuantum

1. Soal Pertama

Dalam eksperimen Young, elektron dilewatkan melalui celah ganda dengan panjang celah 0,05 mm. Jarak antara sumber cahaya dan layar detektor 120 mm. Jika elektron memiliki kecepatan 4×10^7 m/s, hitunglah jarak antara titik terang pertama dan kedua pada layar detektor.

Jawaban:

Kita dapat menggunakan rumus sin θ = λ/d, di mana θ adalah sudut antara bayangan maksimum dan minimum, λ adalah panjang gelombang, dan d adalah panjang celah. Dalam kasus ini, kita memiliki lambda = h/p, di mana h adalah konstanta Planck dan p adalah momentum elektron.

Setelah substitusi nilai, kita mendapatkan sin θ = 1,22λ/d. Dari sini, kita dapat mencari jarak antara dua titik terang menggunakan rumus y = L*tan θ, di mana L adalah jarak antara sumber cahaya dan layar detektor.

Maka, jarak antara titik terang pertama dan kedua pada layar detektor dinyatakan dengan:

y = 120tan(1,226,6310^-34/(410^70,0510^-3)) = 0,34 mm.

2. Soal Kedua

Sebuah sistem kuantum terdiri dari dua partikel identik yang terpisah, masing-masing berukuran 1 nm. Partikel ini masing-masing memiliki energi 1 eV. Hitunglah jarak antara partikel tersebut jika energi total sistem kuantum adalah 6 eV.

Jawaban:

Pertama, kita harus menghitung momentum masing-masing partikel menggunakan rumus p = √(2meE), di mana me adalah massa elektron dan E adalah energi.

Selanjutnya, kita dapat menghitung momentum total sistem dan menggunakan persamaan energi total, E = p²/(2me) + V(r), di mana V(r) adalah potensial interaksi antarpartikel dan r adalah jarak antarpartikel.

Setelah substitusi nilai, kita mendapatkan jarak r = 3,1 nm antara kedua partikel.

Kesimpulan

Fisika kuantum adalah bidang ilmu yang sangat menarik dan kompleks, dan contoh soal di atas adalah hanya sedikit contoh dari banyaknya masalah yang dapat diselesaikan dengan teori ini. Dalam setiap soal, penting untuk memperhatikan prinsip-prinsip dasar dan menggunakan rumus yang benar. Penting juga untuk menghitung dengan hati-hati untuk menghindari kesalahan. Saya harap artikel ini membantu Anda memahami lebih lanjut mengenai fisika kuantum dan cara menerapkannya pada contoh-contoh soal.