Lesson 3.2Investigating Magnetic Force Strength

Magnetic FieldsLesson Guides

Lesson 3.2

© The Regents of the University of California

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Magnetic Fields—Lesson 3.2—Activity 2

Simulating Magnetic Force

What affects the amount of potential energy stored in the magnetic field when a magnet is moved against a magnetic force?

Claim A: More potential energy can be stored by moving against the magnetic force of a stronger magnet.

Claim B: More potential energy can be stored by moving against the magnetic force closer to a magnet.

Turn on Field Lines and use the SENSOR tool in the Magnetic Fields Simulation to find evidence about each claim. Describe your evidence below.

If you have time after you finish finding your evidence, turn to the next page and complete the “Build the Best Launcher” mission.

Describe the tests you conducted and the evidence you found to support or refute Claim A.

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Describe the tests you conducted and the evidence you found to support or refute Claim B.

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Magnetic Fields—Lesson 3.2—Activity 2

Simulating Magnetic Force (continued)

Optional Mission: Build the Best Launcher

Use what you have learned to build the best magnetic launcher system possible in the Magnetic Fields Simulation.

Sketch your launcher system. Label the type(s) of magnets you used.

How much potential energy can your launcher system store? ____________________________________

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Magnetic Fields—Lesson 3.2—Activity 4

Homework: Reading “Escaping a Black Hole”

Black holes are called black holes because nothing can escape them—not even light! What is it about black holes that allows them to pull other objects toward them with such strong force? Read and annotate the “Escaping a Black Hole” article. Then, answer the questions below.

Why do astronauts on the Moon seem like they’re “walking on springs,” while on Earth, we are firmly attached to the ground?

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Why are black holes black?

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Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

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Escaping a Black Hole E1

Escaping a Black HoleImagine this: In far outer space, the crew of a spaceship encounters a black hole. They must use all their ship’s power to escape, or they’ll be sucked inside. Can they move quickly enough to get away? You might have seen or read something like this in a science fiction story. Black holes aren’t science fiction, however—they really exist, although no human has ever gotten close to one! What are black holes, and what makes them so hard to escape?

Black holes are collapsed stars, and they’re all about gravity. Gravity is an attractive force—that is, it pulls objects toward other objects instead of pushing them away. (You may have heard of “anti-gravity,” but scientists have found no evidence that anti-gravity is a real

An artist made this illustration of a black hole and the area surrounding it. Black holes themselves are invisible because no light can escape from them. However, the area around black holes may put out light.

force.) Gravity is a force between two objects; where there are no objects, there’s no gravity.

The area around an object where it can exert gravitational force on other objects is called a gravitational field. The strength of an object’s gravitational field depends on its mass: objects with small masses have weak gravitational fields and objects with large masses have strong gravitational fields. For example, Earth has a much larger mass than the Moon does, so it produces a much stronger gravitational field. That’s why we are stuck securely to Earth when we walk, but astronauts on the Moon look like they’re walking on springs. Like magnetic force and electrostatic force, the gravitational force between two objects also depends on how far apart they are: the closer the two objects, the stronger the field between them. A spaceship that got very close to a black hole would have no hope of escaping, but a spaceship that kept its distance might be able to pull away.E

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E2 Escaping a Black Hole

What does all this gravity talk have to do with black holes? When stars collapse to form black holes, a huge amount of mass is crammed into a very small area. Because the black hole has so much mass, it produces very strong gravitational force. Anything that gets within a certain distance is pulled toward the black hole. The closer the object gets, the stronger the force it experiences. At a certain point, the gravitational force of a black hole is so strong that nothing can escape—not even light. That’s why black holes are black: light can’t escape their strong gravitational force.

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Campos magnéticos—Lección 3.2—Actividad 2

Simular la fuerza magnética

¿Qué afecta la cantidad de energía potencial almacenada en el campo magnético cuando un imán es movido en contra de una fuerza magnética?

Afirmación A: Más energía potencial puede ser almacenada al mover en contra de la fuerza magnética de un imán más fuerte.

Afirmación B: Más energía potencial puede ser almacenada al mover en contra de la fuerza magnética más cerca a un imán.

Prende “Field Lines” (Líneas de campo) y usa la herramienta SENSOR (Sensor) en la Simulación Campos magnéticos para buscar evidencia acerca de cada afirmación. Describe tu evidencia en el espacio de abajo.

Si te queda tiempo después de terminar de buscar tu evidencia, dirígete a la próxima página y completa la misión “Construir el mejor lanzador”.

Describe las pruebas que llevaste a cabo y la evidencia que encontraste para respaldar o refutar Afirmación A.

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Describe las pruebas que llevaste a cabo y la evidencia que encontraste para respaldar o refutar Afirmación B.

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Campos magnéticos—Lección 3.2—Actividad 2

Simular la fuerza magnética (continuación)

Misión opcional: construye el mejor lanzador

Utiliza lo que has aprendido para construir el mejor sistema de lanzador magnético posible en la Simulación Campos magnéticos.

Haz un bosquejo de tu sistema lanzador. Identifica el tipo o los tipos de imanes que utilizaste.

¿Cuánta energía potencial puede almacenar tu sistema lanzador? _______________________________

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Campos magnéticos—Lección 3.2—Actividad 4

Tarea: leer “Escapar un agujero negro”

Los agujeros negros son llamados agujeros negros porque nada puede escaparse de ellos, ¡ni siquiera la luz! ¿Qué tienen los agujeros negros que les permite jalar otros objetos hacia ellos con una fuerza tan intensa? Lee y añade apuntes al artículo “Escapar un agujero negro”. Luego, contesta las siguientes preguntas.

¿Por qué los/as astronautas en la Luna parecieran estar “caminando sobre resortes”, mientras en la Tierra, estamos firmemente agarrados al suelo?

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¿Por qué son negros los agujeros negros?

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Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

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Escapar un agujero negro E1

Escapar un agujero negroImagina esto: Muy lejos en el espacio exterior, la tripulación de una nave espacial se encuentra con un agujero negro. Deben usar todo la fuerza de su nave para escapar. Si no, serán tragados hacia adentro. ¿Pueden moverse lo suficientemente rápido como para escaparse? Tal vez hayas visto o leído algo parecido a esto en una obra de ciencia ficción. Pero los agujeros negros no son de ciencia ficción. Existen,

¡aunque ningún ser humano se ha acercado a uno! ¿Qué son los agujeros negros, y qué hace que sea tan difícil escapar de ellos?

Los agujeros negros son estrellas colapsadas, y su característica más importante es la gravedad. La gravedad es una fuerza atrayente,

es decir, jala objetos unos hacia otros en vez de alejarlos unos de otros. (Quizá te han hablado de la “anti-gravedad”, pero los/as científicos/as no han hallado evidencia que indique que la anti-gravedad es una fuerza real). La gravedad es una fuerza entre dos objetos; donde no hay objetos, no hay gravedad.

El área alrededor de un objeto en la que puede ejercer una fuerza gravitacional sobre otros objetos se llama campo gravitacional. La intensidad del campo gravitacional de un objeto depende de su masa: Objetos con masas menores tienen campos gravitacionales más débiles y objetos con masas mayores tienen campos gravitacionales más intensos.

Esta ilustración imagina un agujero negro y el área a su alrededor. Los agujeros negros mismos son invisibles, ya que la luz no puede escapar de ellos. No obstante, el área alrededor de los agujeros negros puede emitir luz.

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E2 Escapar un agujero negro

Por ejemplo, la Tierra tiene una masa mucho mayor que la Luna, así que produce un campo gravitacional mucho más intenso. Es por eso que estamos pegados/as firmemente a la Tierra cuando caminamos, pero los astronautas en la Luna parecen estar caminando sobre resortes. Al igual que la fuerza magnética y la fuerza electrostática, la fuerza gravitacional entre dos objetos también depende de cuán alejados se encuentre uno del otro. Mientras más cercanos se encuentren los dos objetos, más intenso es el campo entre ellos. Una nave espacial que se acercara mucho a un agujero negro no tendría esperanza de escaparse, pero una nave espacial que guardó su distancia podría retirarse.

¿Qué tiene que ver toda esta discusión de la gravedad con los agujeros negros? Cuando una estrella se colapsa para formar un agujero negro, una cantidad enorme de masa es empacada en un área muy pequeña. Puesto que el agujero negro tiene tanta masa, produce una fuerza gravitacional muy intensa. Cualquier objeto que se acerque a una distancia determinada es jalado hacia el agujero negro. Mientras más se acerque el objeto, más intensa será la fuerza que experimente. En un punto determinado, la fuerza gravitacional de un agujero negro es tan intensa que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Es por eso que los agujeros negros son negros: La luz no puede escapar de su intensa fuerza gravitacional.

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