7
Abstrak
Akan tetapi, hal ini hanya berlaku jika massa benda tidak berubah, yang merupakan skenario yang sangat umum. Yang kedua adalah definisi gaya yang sebenarnya. Satuan gaya adalah kg m/s2, yang juga kita sebut newton (N).
Definisi #1 Interaksi eksternal yang menyebabkan objek berakselerasi (yaitu, mengubah kecepatan).
Bayangkan mendorong balok ke atas jalan menurun. Anda mendorong balok dan menyebabkan kecepatannya berubah. Dorongan itu adalah interaksi eksternal (gaya) pada balok. Setiap gaya tunggal yang bekerja pada suatu objek akan menyebabkan objek berakselerasi (mengubah kecepatan).
Mungkin ada beberapa gaya yang bekerja pada suatu objek. Terkadang gaya-gaya itu saling meniadakan. Jika ada beberapa gaya yang saling menyeimbangkan dengan sempurna sehingga gaya totalnya adalah 0, maka objek tidak akan berakselerasi. Namun, jika gaya totalnya tidak 0, maka objek akan berakselerasi. Ini diringkas oleh Hukum Newton ke-2: "Jumlah semua gaya yang bekerja pada suatu benda menyebabkan benda bermassa berakselerasi."
Definisi #2 Interaksi eksternal yang menyebabkan momentum suatu objek berubah.
Hukum Newton ke-2 untuk momentum: “Jumlah semua gaya yang bekerja pada suatu benda menyebabkan momentum benda tersebut berubah.”
Kita semua adalah pembelajar, dan pembelajaran membutuhkan pengulangan.ÿ
Gaya Berikut ini adalah dua definisi gaya. Yang pertama adalah definisi yang paling umum.
Momentum Definisi ini sama dengan Bab 6: sifat benda yang sedang bergerak. Untuk benda klasik seperti bola bisbol, rumus momentum adalah p = mv, di mana p adalah momentum benda, m adalah massa benda, dan v adalah kecepatan benda. Momentum benda akan berubah jika ada sesuatu yang bekerja pada benda dari luar. Semakin besar momentum benda, semakin sulit untuk menghentikannya.
Satuan momentum adalah kg m/s.
Catatan Ada banyak definisi baru di bagian ini. Kita akan membahas dan mencoba memahami semuanya, tetapi jangan terlalu khawatir untuk menghafal semuanya sekarang. Kita akan menggunakan beberapa definisi secara terus-menerus di sepanjang buku ini. Dalam diskusi mendatang, Anda harus kembali ke definisi ini jika diperlukan.
Torsi Ukuran seberapa efektif gaya dalam menyebabkan objek berputar. Dua hal yang penting untuk torsi adalah besarnya gaya yang menyebabkan putaran dan seberapa jauh gaya tersebut diterapkan dari sumbu putaran. Bayangkan Anda memiliki roda sepeda. Jika Anda memberikan gaya secara horizontal pada tepi roda, roda tersebut mulai berputar. Karena gaya tersebut menyebabkan putaran, maka ada torsi. Menerapkan gaya yang sama pada as atau mendorong ban langsung ke arah as tidak menyebabkan putaran apa pun, jadi dalam kedua skenario tersebut tidak ada torsi. Satuan untuk torsi adalah Nm = kg m2/s2. Menariknya, torsi dan energi memiliki satuan yang sama: kg m2/s2.
Namun, torsi bukanlah energi; keduanya sangat berbeda!! Untuk menghindari kebingungan,
7.1 Definisi
= 1,054 × 10ÿ34 kg m2/s.
Konstanta Planck Tereduksi (h-Bar) h¯ =
Momentum Sudut Sifat benda yang berputar. Benda tersebut berubah ketika torsi diberikan pada benda tersebut. Ada persamaan antara gagasan gaya dan momentum, serta torsi dan momentum sudut. Momentum adalah sifat benda yang bergerak sepanjang garis lurus, dan berubah ketika gaya diberikan pada benda tersebut. Semakin besar momentum benda, semakin sulit untuk menghentikan benda tersebut bergerak (diperlukan gaya yang lebih besar). Dengan cara yang sama, momentum sudut adalah sifat benda yang berputar, dan benda tersebut akan mulai berputar lebih cepat atau lebih lambat ketika torsi diberikan (torsi yang lebih besar membuat perubahan terjadi lebih cepat). Satuan momentum sudut adalah kg m2/s. Momentum sudut sangat penting dalam mekanika kuantum dan fisika atom.
Kita cenderung tidak menuliskan satuan kg m2/s2 untuk energi atau torsi. Kita menggunakan joule (J) untuk energi dan newton meter (Nm) untuk torsi. Torsi akan menjadi hal penting dalam bab ini.
Bilangan Kuantum Dalam mekanika kuantum, banyak sifat yang berbeda dikuantisasi, yaitu, hanya dapat memiliki nilai tertentu. Kita sudah tahu bahwa tingkat energi atom dikuantisasi.
Sifat-sifat lain, seperti momentum sudut, juga dikuantisasi.
Ketika sesuatu dikuantisasi, bilangan kuantum biasanya dikaitkan dengan sifat tersebut. Bilangan kuantum adalah bilangan bulat atau setengah bilangan bulat. Mengetahui bilangan kuantum akan memungkinkan seseorang untuk menghitung beberapa sifat atom. Bilangan kuantum tidak memiliki satuan.
Sebagai contoh, kita akan segera berbicara tentang nomor kuantum momentum sudut orbital elektronik (itu banyak sekali!). Nomor kuantum itu direpresentasikan oleh skrip . adalah nomor kuantum yang bisa nol atau bilangan bulat positif: 0, 1, 2, 3, dll. adalah nomor diskrit karena, menurut mekanika kuantum, ukuran atau besarnya momentum sudut orbital elektron ditemukan hanya memiliki nilai-nilai diskrit tertentu. Jika saya katakan bahwa keadaan dalam atom memiliki = 2, kita dapat menghitung besarnya momentum sudut orbital elektron. = 2 bukanlah ukuran sebenarnya dari momentum sudut orbital, tetapi nomor kuantum dapat digunakan untuk menghitungnya dari rumus ÿ ( + 1)h¯. Perhatikan bahwa semua yang ada dalam rumus itu adalah nomor kuantum atau konstanta Planck tereduksi. Dengan cara tertentu, mengetahui nomor kuantum sangat mirip dengan bagaimana ahli spektroskopi menggunakan cmÿ1 sebagai satuan energi. cmÿ1 bukanlah satuan yang tepat untuk energi, tetapi kita dapat mengalikannya dengan konstanta fundamental untuk mendapatkan energi yang sebenarnya. Hal yang sama berlaku untuk bilangan kuantum. Mengetahui bilangan kuantum sama dengan mengetahui sifat tertentu. Anda mungkin harus
H 2 hal
ÿ Komentar Penting Baik konstanta Planck maupun konstanta Planck tereduksi memiliki satuan momentum sudut, kg m2/s, yang juga dapat ditulis sebagai joule dikali detik, Js. Konstanta Planck tereduksi akan banyak digunakan dalam bab ini. Anda akan melihat mengapa kami menyebutnya konstanta fundamental.
Karena ada dua jenis momentum sudut, kita dapat mengajukan pertanyaan, "Berapakah momentum sudut elektronik total elektron dalam sebuah atom?" Momentum sudut elektronik total bukanlah jumlah sederhana dari momentum sudut orbital dan spin. Dengan kata lain, Anda tidak dapat begitu saja menambahkan kedua momentum sudut seperti 2 + 3 = 5. Momentum sudut adalah sesuatu yang disebut vektor, yaitu sesuatu yang memiliki besaran (yaitu, ukuran atau panjang) dan arah. Untuk mendapatkan momentum sudut elektronik total, Anda harus menambahkan momentum sudut orbital dan spin bersama-sama dalam bentuk vektornya. Sebagai analogi klasik, bayangkan Anda berjalan 30 m ke utara, lihat Gambar 7.1.
Elektron, proton, dan neutron semuanya memiliki momentum sudut. Analogi klasiknya adalah dengan memikirkan bulan yang mengorbit bumi.1 Bulan memiliki momentum sudut orbital karena ia mengorbit bumi. Bulan juga berputar pada porosnya sendiri, sehingga ia juga memiliki momentum sudut "spin". Jadi, bulan memiliki dua jenis momentum sudut: orbital dan spin. Demikian pula, elektron dalam atom dapat memiliki momentum sudut orbital dan spin, yang terkadang disebut momentum sudut intrinsik. Menariknya, elektron selalu memiliki momentum sudut intrinsik, tetapi tidak selalu memiliki momentum sudut orbital. Salah satu hal paling gila tentang mekanika kuantum adalah kita tidak memiliki analogi yang bagus untuk memikirkan momentum sudut orbital atau spin elektron. Elektron tidak mengorbit di sekitar inti atau berputar pada porosnya seperti bulan, tetapi ia memiliki sifat yang sama seolah-olah ia berputar. Elektron, sejauh yang kita ketahui, tidak memiliki ukuran! Jadi, bagaimana ia bisa berputar? Bayangkan betapa membingungkannya hal itu ketika fisikawan pertama kali mencoba memahami elektron.2 Elektron memiliki semua sifat yang diharapkan dari bola yang berputar pada porosnya, tetapi elektron bukanlah bola dan tidak berputar!
Memahami spin elektron masih merupakan misteri yang menakjubkan.
konstanta fundamental. Jadi, diberi tahu = 2 sama saja dengan diberi tahu bahwa besarnya momentum sudut orbital elektron adalah ÿ6h¯ = 2,582 × 10ÿ34 Js. Kita akan segera menemukan
bahwa kita memerlukan banyak bilangan kuantum untuk menggambarkan keadaan tertentu dalam sebuah atom.
Itu adalah vektor karena memiliki besar (30 m) dan arah (utara). Selanjutnya, Anda berjalan 40 m ke arah barat. Sekali lagi, itu adalah vektor. Jika Anda menambahkan kedua vektor tersebut, Anda akan mengajukan pertanyaan, “Jika saya memulai kembali perjalanan saya tetapi
2 1
7.2 Momentum Sudut
Ingatlah bahwa dalam mekanika kuantum, elektron tidak seperti bulan yang mengorbit bumi, tetapi lebih seperti gelombang yang mengelilingi inti atom. Kita hanya menggunakan bulan dan bumi sebagai analogi untuk memperkenalkan momentum sudut.
Setidaknya, ada dua hal dalam fisika yang benar-benar membingungkan saya. Yang pertama adalah spin. Yang kedua adalah sesuatu yang disebut konstanta struktur halus, yang harus Anda cari di Google jika Anda ingin pikiran Anda terkagum-kagum!
7.3 Momentum Sudut Orbital Elektron Tunggal
Gambar 7.1 Contoh penjumlahan dua vektor
skenario khusus ini adalah 50 m pada tanÿ1 ÿ 40 m
Besarnya vektor momentum sudut orbital untuk satu elektron dalam atom
direpresentasikan oleh bilangan kuantum Arah (atau orientasi) juga dikuantisasi dan direpresentasikan oleh bilangan kuantum m. Gambar
7.2a)menunjukkan contoh dari tiga kemungkinan orientasi vektor momentum sudut orbital yang direpresentasikan oleh
= 1. Masing-masing vektor ini memiliki besar yang sama (semuanya memiliki = 1),
tetapi semuanya menunjuk ke arah yang berbeda (semuanya memiliki bilangan kuantum yang berbeda).
30 m ÿ = 53,1ÿ Barat dari Utara.
mengambil jalan terpendek, seberapa jauh dan ke arah mana saya akan berjalan?” Jawaban untuk