¿Qué es un pozo de potencial?

¿ Qué es exactamente un pozo de potencial físicamente? [He leído el artículo Wiki vinculado, pero no responde a mis preguntas, como, ¿qué significa que una partícula "se mueva a lo largo de un potencial" y "descienda por un potencial"? ¿Cómo se corresponde esto con el movimiento real de las partículas en el espacio?]

He leído muchos ejemplos en los que el autor habla de una partícula atrapada en un pozo potencial y requiere una cierta cantidad de energía para "escalar" fuera de él, pero ¿cómo se relaciona esto con el movimiento real de la partícula y cómo se vuelve? "capturado" en un pozo potencial?

Heurísticamente, es simplemente el caso de que un pozo de potencial está presente en una región particular del espacio debido a la acción de una fuerza en esa región del espacio. La fuerza actúa sobre las partículas dentro de esa región y, por lo tanto, requiere que una partícula determinada realice un trabajo contra la fuerza para que continúe a lo largo de su trayectoria original. Si la partícula tiene menos energía disponible que la energía requerida para vencer la fuerza que actúa sobre ella (es decir, su energía cinética es menor que la energía potencial asociada con la fuerza), entonces la partícula quedará "atrapada en el pozo de potencial", es decir confinado a viajar dentro de la región en la que la fuerza está actuando a lo largo de trayectorias prescritas por la acción de la fuerza. Si la energía cinética de las partículas es mayor que la energía potencial (asociada con la fuerza), entonces no será "

Como ejemplo, en el movimiento armónico simple (MAS), un resorte está sujeto a una fuerza restauradora F = − k X y esto tiene un potencial asociado V = 1 2 k X 2 . El pozo de potencial es entonces cuadrático, con el mínimo describiendo la configuración de equilibrio del resorte. Luego, el resorte oscila alrededor del mínimo del potencial, comprimiéndose a medida que sube por un lado del potencial (por lo tanto, gana energía potencial y pierde energía cinética), luego regresa al mínimo del potencial (pierde energía potencial y gana energía potencial). ) y luego se estira a medida que asciende por el otro lado del potencial (nuevamente ganando energía potencial y perdiendo energía cinética). Luego repite esto de manera oscilatoria.

¿Cuál es tu pregunta? Si va a su enlace de wikipedia al principio, hay "Un pozo potencial es la región que rodea un mínimo local de energía potencial". Esa es más o menos la definición.
@OON Sí, lo leí, pero esperaba obtener alguna intuición física sobre lo que significa que un objeto quede "atrapado" en un pozo potencial y lo que significa que un objeto "escapa" de un pozo potencial. ?

Respuestas (2)

Un pozo de potencial es básicamente la energía necesaria para estar en una determinada posición. Por ejemplo, si tiene un hoyo y una bola en el hoyo, requerirá cierta energía para que se levante y salga del hoyo. Sin embargo, si no tiene esa energía, se queda atascado en el fondo de un agujero. Aquí hay una ilustración de esto:

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Este es un ejemplo básico, pero otro podría ser algo así como un pozo de gravedad, como en la Relatividad General. Solo piense en el espacio-tiempo como si tuviera un baño en él... requiere cualquier objeto, la Luna, digamos, una cierta cantidad de energía para salir de ese baño y escapar de la órbita de la Tierra.

Ahora, la mecánica cuántica hace que todo esto sea un poco más interesante. Al igual que antes, si tienes, digamos, una partícula, requiere cierta energía para salir del pozo de potencial. Lo creas o no, esto ocurre en el átomo, debido a la fuerza nuclear fuerte. Dentro del núcleo, es prácticamente imposible que los protones y neutrones salgan debido a la fuerte fuerza nuclear, pero una vez que están fuera del alcance, pueden salir muy rápidamente. Un diagrama de esto se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora, podría preguntarse, ¿qué diablos es esa pequeña flecha que atraviesa el pozo de potencial? ¿No es todo el punto que la partícula no puede atravesar eso? Bueno, en realidad, en el mundo extraño y loco de la cuántica, puede, y se llama tunelización cuántica. La partícula tiene la posibilidad de escabullirse a través de la barrera y salir por el otro lado antes de que el universo note algo malo. La tunelización cuántica hace posible la fusión nuclear, y es uno de los fenómenos que hace que la gente mire QM un poco raro.

¡Espero que esto ayude!

Ve a la cima de una colina y cava un hoyo y coloca una pelota en él. La bola debe subir para salir del hoyo, antes de que pueda caer libremente hasta el fondo.

Este es un pozo potencial. Una barrera. Su ejemplo de primavera es correcto; aunque con el comentario de que el resorte nunca saldrá de ese pozo potencial (no hay ningún lugar por donde salir, no hay energía potencial máxima, no es un "agujero" por el que la cuerda pueda salir).

El problema que tengo es que en la mayoría de los casos el pozo potencial no es un pozo físico, es decir, no es una especie de agujero en el que caen los objetos. Espero tener alguna intuición física de a qué corresponde. ¿Es simplemente este caso que existe un potencial en una región particular en el espacio debido a una fuerza que actúa dentro de esa región, y luego un pozo de potencial es una región que rodea un mínimo local del potencial dentro de la región completa (en la que existe el potencial) , con objetos dentro de este pozo potencial que tienen menos energía que la energía potencial fuera de esta región local...
... Las trayectorias de los objetos dentro de un pozo de potencial quedan limitadas por la fuerza que actúa sobre ellos, ya que no tienen suficiente energía para superar la acción de esta fuerza. ¿Es correcto decir que un objeto puede "escalar" fuera de un pozo de potencial si gana suficiente energía de modo que su energía sea igual (o mayor que la energía potencial fuera del pozo de potencial), lo que corresponde a que tiene suficiente energía para superar la fuerza que actúa sobre él?!
@ user35305 Todo lo que dices es correcto. La explicación física intuitiva que solicita es lo que traté de dar con un ejemplo aquí en la respuesta. Cada vez que encuentre un pozo potencial, siempre puede pensar "Oh, sí, eso es como la pelota en un hoyo en una colina"; el principio es siempre así. Algo está "atrapado" en un pozo de potencial, porque es un mínimo local; un equilibrio local estable. ¿Cuál es exactamente tu duda sobre este concepto?
Para ser honesto, ¡no estoy del todo seguro! Empecé a pensar en el concepto hace un rato y logré convencerme de que realmente no lo entiendo. Creo que es la noción de algo que "rueda" por un potencial representado como una partícula que rueda por la curva de potencial. No estoy seguro de por qué la partícula "hace rodar" el potencial en primer lugar. El potencial está presente debido a la existencia de una fuerza que actúa, entonces, ¿es simplemente que la fuerza que actúa sobre la partícula la "empuja" hacia un mínimo local del potencial?
@ user35305 Sí, puedes decirlo así. El pozo de potencial es el resultado de fuerzas que empujan el objeto allí. Imagina 2 fuerzas empujando una hacia la otra. El punto en el medio entre ellos es el pozo donde un objeto encuentra reposo (equilibrio). Si se mueve hacia los lados, la fuerza lo empuja hacia atrás. Pero es posible que la fuerza no se extienda infinitamente: si el objeto puede moverse contra esta fuerza lo suficiente como para salir de su alcance, es libre. Fuera del pozo. Este punto es entonces también un equilibrio, pero inestable. Si el objeto se mueve aún más, otra fuerza toma el control y tira hacia adentro...
... él. El objeto ahora está fuera del pozo y puede ser jalado libremente por esta otra fuerza. Esta otra fuerza podría haber estado trabajando al mismo tiempo que las fuerzas que causaron el pozo, así que todo lo que acabo de explicar es solo con esta fuerza externa superpuesta. Los equilibrios son el punto donde todas las fuerzas se cancelan, etc.
¿Qué quiere decir la gente cuando dice que una partícula "hace rodar" un potencial? ¿Es esto simplemente análogo a lo que hemos discutido anteriormente, es decir, la partícula es "empujada" hacia el mínimo local del potencial por la fuerza que actúa sobre ella y, por lo tanto, "rueda" por la pendiente del potencial ganando energía cinética y perdiendo potencial? ¡¿energía?!
@ usuario35305 Exactamente. "Rolls" es solo jerga de la física, porque la curva parece muy rodable. Y "roll" se ajusta bien a mi ejemplo anterior, pero eso es solo un ejemplo. No te preocupes por eso. Todo lo que has descrito es correcto, por lo que parece que lo has entendido.
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