Name: measuring visual attention with cues
Uploaded: 2023-04-30T06:46:17.000Z
Duration: 7 min 51 s
Channel: JoVE

K12 Standards

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

High School

Physical Science

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Spatial Cueing

1. equipo
<ol>
	<li>El experimento requiere un ordenador y un software de aplicación de experimento como el E-Prime, o un entorno de programación como MATLAB o PsychoPy.</li>
</ol>
2. estímulo y diseño de experimento
<ol>
	<li>El experimento consiste en breves ensayos en los que los participantes deben detectar e informar sobre un objetivo visual breve. Cada ensayo consta de tres marcos. La figura 1 muestra los marcos.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig1.jpg"> 
Figura 1. Secuencia de eventos en el paradigma de señalización espacial utilizado para medir las consecuencias de la atención visual. Cada ensayo comienza del mismo modo, como se muestra en cuadro, con una fijación central transversal y dos cajas verdes a cada lado. En capítulo dos, se sustituye la fijación cruzada por una flecha, que apunta a una de las dos cajas (50% del tiempo cada uno). Finalmente, en el marco de tres una carta es mostrada, ya sea una L o una T en una de las dos cajas. En el ejemplo mostrado, la letra es una L. En el ejemplo del panel de la derecha, la letra aparece en el cuadro que señala la flecha, produciendo un juicio congruente. En el panel de la izquierda, aparece la letra enfrente de la flecha, produciendo un juicio incongruente. La medida de interés es el tiempo que tarda un participante para que una respuesta correcta (el tiempo de reacción), en particular, la diferencia promedio entre ensayos congruentes e incongruentes.
<ol start="2">
	<li>En el marco de uno, hay dos cajas verdes, 1,0 pulg. x 1,0 pulg. a ambos lados de la pantalla, centrada verticalmente. Además, hay una fijación rojo cruz hizo de las líneas largas de 0,5 pulgadas, situadas exactamente en el centro de la pantalla. Las cajas verdes deben ser aproximadamente 1,5 pulgadas de los bordes de la pantalla.</li>
	<li>En el segundo cuadro, la fijación cruzada se sustituye por una referencia, una flecha que señala en uno de los dos cuadros verdes. Que la flecha roja y fácil de ver, como se muestra en la figura 1.</li>
	<li>En el capítulo tres, una ' t ' o 'L' se agrega a una de las dos cajas, y la flecha del marco dos es reemplazada por la reaparición de la fijación cruzada.<ol>
		<li>La tarea del participante es indicar si la letra en la caja es una 'L' o una ' t ' con las teclas adecuadas. Cada letra aparece 50% del tiempo.</li>
		<li>En el 80% de los ensayos, la letra aparece en el cuadro la flecha señala en el capítulo dos. Son los llamados ensayos congruentes. En el 20% restante de los ensayos, la letra aparece enfrente de la dirección de la flecha. Son los llamados ensayos incongruentes.</li>
		<li>En general, las letras aparecerán igualmente a menudo en la derecha o la izquierda.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>La secuencia del experimento, tal como se describe, para incluir las proporciones correctas de ensayos congruentes e incongruentes en un orden aleatorio. Total 400 ensayos (320 80 y congruente incongruente).</li>
	<li>Marco uno debe permanecer presente en cada ensayo para 100 ms, marco 2 de 100 ms, y marco tres debe permanecer presente hasta que se registra una respuesta.</li>
	<li>Por último, asegúrese de programar el experimento para recolectar los datos pertinentes. El archivo de salida debe tener un encabezado como se muestra en la figura 2, tabla con cada fila incluyendo los datos de un ensayo: el número de juicio, la posición de la carta que apareció (izquierda o derecha), la carta específica que apareció (L o T), si el juicio era congruente o incongruente (llamado la condición), la pulsación de tecla por el participante y lo importante, el tiempo de reacción, el tiempo que tardó para que el participante hacer un keypress, medido desde el comienzo de la carta. (Este número debe ser grabado en ms y espera que entre 50 y 500).</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig2.jpg"> 
Figura 2. Muestra una tabla para organizar datos de salida en un experimento de localización espacial. La medida primaria de interés es el tiempo de reacción en cada ensayo. Además, la condición debe ser grabado con el fin de comparar el tiempo de reacción en ensayos congruentes e incongruentes, y la respuesta dada y el tipo de letra son necesarios para evaluar la exactitud de la respuesta. También es una buena idea para registrar la posición de la carta para asegurar que los ensayos aparecen en las proporciones correctas. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10210/10210fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
3. ejecución del experimento
<ol>
	<li>Para ejecutar el experimento, reclutar a los participantes de 10 a 20.</li>
	<li>Cuando un participante llega en el laboratorio, explica que el experimento que hará está diseñado para investigar la naturaleza de la atención visual y les pedimos que complete un acuerdo de consentimiento informado.</li>
	<li>Asiento del participante frente a su computadora de prueba, con el respaldo de su silla 60 cm de distancia del monitor.</li>
	<li>Explicar las instrucciones en detalle:<ol>
		<li>"Cada juicio de este experimento será más o menos lo mismo. Usted verá una fijación rojo cruz al principio de cada ensayo. Es importante que usted mantenga sus ojos fijados en esa posición en todo momento. Después de 100 ms, se reemplazará la fijación cruzada por una flecha roja apuntando a uno de los dos cuadros verdes que también estará en la pantalla. Finalmente, después de 100 ms, la flecha desaparecerá y aparecerá una letra en una de las dos cajas. Siempre será una L o una T, y su trabajo es informar que uno que está utilizando la tecla adecuada. Queremos hacer un keypress lo antes posible, sin sacrificar la exactitud, así que es una buena idea para mantener su dedo índice derecho sobre la tecla L y su dedo índice izquierdo sobre la tecla T en todo momento. Después de una respuesta, habrá un retardo de medio segundo antes de que comience el próximo ensayo. Tenga en cuenta que la flecha roja no apuntará siempre al lugar donde finalmente aparecerá la letra. Que va a hacer 400 ensayos del experimento, que debe tomar unos 5 a 10 minutos. Habrá un descanso de dos minutos cuando estás a la mitad. ¿Tienes alguna pregunta?"</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Al responder preguntas, iniciar el programa y observar el participante para unos pocos ensayos para asegurarse de que comprendieron las instrucciones. A continuación, puede dejar el cuarto de prueba hasta que se termine el experimento.</li>
</ol>
4. analizar los resultados
<ol>
	<li>Su programa debe llenar automáticamente las celdas de su tabla de resultados para cada participante conforme avanza la experiencia. Así al final del experimento, tienes una tabla con filas de 400 que representan 400 ensayos para cada participante.</li>
	<li>En primer lugar, verifique que las respuestas siempre son exactas. Para ello, agregar una columna a la tabla llamada precisión. Figura 3 se muestra una tabla de datos de población.<ol>
		<li>Para determinar si la respuesta era correcta, comparar las respuestas dadas con las identidades reales de las letras que se muestra. Hay que recordar que la tabla incluye una columna para cada uno de ellos.<ol>
			<li>Excel (u otro software) es capaz de determinar automáticamente si las respuestas son correctas por ingresar la siguiente fórmula en la nueva columna llamada exactitud: = Si ("Carta tipo" = "Respuesta dada", 1, 0) esto significa que si el carácter en la columna tipo de letra es igual a uno en la columna de respuesta dado, habrá un 1 en la columna de precisión. De lo contrario, será un 0, que indica una respuesta incorrecta.</li>
			<li>Promediando los valores de la nueva columna de precisión para calcular exactitud promedio para cada participante. Si la proporción de respuestas correctas para un participante es menor de 0,8, no analizar resultados del participante; Esto sugiere que el participante entendido mal las instrucciones, o no colocar el prioridad de realizar con precisión.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Ahora la medida de interés puede ser computada. Promedio juntos el tiempo de reacción para un participante en todos los ensayos congruentes y por separado, en todos los ensayos incongruentes. Para todos los participantes agrupados para calcular un promedio congruente e incongruente.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig3.jpg"> 
Figura 3. Una tabla de datos con resultados de 25 estudios de localización espacial. La columna final, marcado con 'Exactitud', añadió después de que el experimento fue terminado, y una fórmula se utiliza para automatizar un control de precisión. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10210/10210fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Desde que se introdujo a finales de 1970, la tarea de localización espacial se ha utilizado ampliamente por los investigadores, por ejemplo, con el fin de identificar los tipos de estímulos que automáticamente podrían causar atención a cambio. Por ejemplo, los investigadores han estudiado si destellos brillantes y sonidos fuertes causan automáticamente atención a cambio. En estos experimentos las letras que necesitan ser identificadas están precedidas a veces por los sonidos y luces inesperadas. Los investigadores entonc...

localización espacial

Fuente: Laboratorio de Jonathan Flombaum, Johns Hopkins University
Atención se refiere a la limitada capacidad humana para seleccionar cierta información para procesar a expensas de otros estímulos en el ambiente. Atención funciona en todas las modalidades sensoriales: visión, audición, tacto, incluso sabor y olor. Más a menudo se estudia en el dominio visual aunque. Una manera común de estudiar la atención visual es un paradigma de señalización espacial. Este paradigma permite a los investigadores a medir las consecuencias de la atención visual en algunos lugares y no otros. Este paradigma fue desarrollado por el psicólogo Michael Posner en los años 70 y principios de los 80 en una serie de documentos en el que comparaba a atención a un foco, iluminando selectivamente una parte de una escena. 1.2 este video muestra los procedimientos estándar para un experimento de localización espacial investigar la atención visual.

La figura 4 muestra el tiempo de reacción promedio de un grupo de participantes, que compararon ensayos congruentes e incongruentes. Participantes fueron, en promedio, unos 200 ms más rápido responder a ensayos congruentes. Esto demuestra las ventajas asociadas con el lugar donde se asiste y los costes a otros lugares. La flecha dio a participantes 80% información confiable sobre donde aparecería la letra en cada ensayo, por lo que los participantes dirección atención visual a la posición señalada por la...

Localización espacial

Source: Laboratory of Jonathan Flombaum&#8212;Johns Hopkins University
Attention refers to the limited human ability to select some information for ...

Nuestra capacidad de seleccionar cierta información en un entorno para procesarla, mientras ignoramos otros estímulos, se conoce como atención. La atención visual puede ser abierta (en la que los ojos se dirigen conscientemente hacia un objeto, como una luna llena creciente) o encubierta, en la que una persona se da cuenta de algo que no está mirando directamente. Por ejemplo, una persona podría estar mirando un letrero que apunta hacia el lado izquierdo de una bifurcación en el camino. Sin embargo, aún distinguirán un búho cercano más adelante en ese camino, porque esa es la dirección en la que se les indica que vayan. Este concepto se conoce como señalización espacial, donde la atención encubierta es desplazada por una señal particular. Basado en el trabajo previo del psicólogo Michael Posner, este video demuestra cómo ejecutar una tarea de señalización espacial computarizada, incluida la forma de interpretar datos que investigan una medida de los tiempos de reacción de la atención visual encubierta a través de ensayos congruentes e incongruentes. En este experimento, los participantes deben detectar e informar sobre objetivos visuales breves que muestren el enfoque y los cambios posteriores en la atención. Durante cada prueba, se les pide a los participantes que observen tres fotogramas que ocurren en orden: En el fotograma 1, una cruz de fijación roja, hecha de ?-in. líneas largas, se encuentra en el centro de la pantalla. Dos cajas verdes, cada una de 1 por 1 pulgada, están centradas verticalmente, 1.5 pulg. lejos de los bordes de la pantalla. Después de 100 ms, aparece el segundo fotograma durante esta misma duración, pero esta vez, la cruz de fijación se sustituye por una señal, una flecha roja que apunta hacia una de las dos casillas verdes. En el tercer fotograma, la flecha de referencia se sustituye simultáneamente por la cruz de fijación. En la mitad de los ensayos, la letra 'T' se añade a una de las dos casillas, mientras que la otra mitad contiene la letra 'L'; Ambos están distribuidos por igual. Se pide a los participantes que identifiquen la letra que se muestra. Después de cada respuesta, se produce un breve intervalo de 500 ms entre ensayos, y la secuencia se repite durante un total de 400 ensayos. Aquí, el truco es que son congruentes, donde la letra aparece en el cuadro al que apunta la flecha el 80% de las veces, o incongruentes, donde aparece en dirección opuesta a la flecha durante el 20% de los intentos. La variable dependiente es entonces el tiempo que tarda un participante en dar una respuesta correcta en todos los tipos de ensayos, lo que se consigue simplemente eligiendo la letra que se muestra en el cuadro, independientemente del lado. Se espera que, en promedio, los participantes respondan más rápido durante las pruebas congruentes en comparación con las incongruentes, lo que muestra las ventajas asociadas con la indicación de la ubicación espacial de dónde se debe enfocar su atención. En preparación para el experimento, abra el programa de software y verifique que el paradigma de señales espaciales funcione correctamente. Después de reclutar a los participantes, lleve a cada uno al laboratorio y explique que la tarea está diseñada para investigar la naturaleza de la atención visual. Antes de continuar, pídales que completen un formulario de consentimiento informado. Para empezar, siente al participante frente al ordenador de prueba, con el respaldo de su silla a 60 cm del monitor. Explique las instrucciones de la tarea y responda cualquier pregunta. Cuando el participante esté listo, permítale iniciar el programa presionando la barra espaciadora. Obsérvalos durante varias pruebas para asegurarte de que estén presionando la tecla 'L' o 'T' tan pronto como la letra aparezca en la pantalla. Salga de la sala de pruebas mientras completan las 400 pruebas. A mitad del experimento, proporcione un descanso de 2 minutos, lo que hace que el tiempo total de la tarea sea inferior a 10 minutos. Para comenzar el análisis de datos, primero recupere los datos capturados que se programaron inicialmente en un archivo de salida. Tenga en cuenta que los datos de los siguientes elementos deben completarse automáticamente en la tabla: el número de prueba, la posición de la letra, el tipo de letra, la condición, la respuesta real dada por el participante y, lo que es más importante, el tiempo de reacción, medido desde el inicio de la letra hasta la pulsación de la tecla. A continuación, compruebe si las respuestas proporcionadas son precisas añadiendo una columna llamada "Precisión" a la tabla. Para rellenar esta columna, cree una fórmula para comparar el "Tipo de letra" con la "Respuesta dada", de modo que un 1 represente una respuesta correcta y un 0 indique una respuesta incorrecta. Ahora, compruebe que los valores de precisión promedio totales de cada participante estén por encima de 0,8 para asegurarse de que los participantes entendieron las instrucciones de la tarea. Para visualizar los datos, grafique los tiempos de reacción promedio de los participantes por tipo de prueba. Nótese que respondieron unos 200 ms más rápido en los ensayos congruentes en comparación con los incongruentes. Esta diferencia sugiere que la flecha indicó a los participantes que prestaran atención a una ubicación espacial particular, lo que les permitió procesar e identificar más rápidamente la letra cuando apareció allí. Ahora que está familiarizado con el diseño de un experimento para examinar las señales espaciales, examinemos cómo los investigadores han utilizado variaciones del paradigma para investigar cómo cambia la capacidad de atención en casos de lesiones cerebrales junto con alteraciones en las demandas de las tareas. Los estudios que utilizaron imágenes de resonancia magnética funcional indicaron que las regiones dentro del lóbulo parietal están involucradas en la capacidad de orientar la atención a una ubicación espacial. En pacientes con daño focal debido a accidentes cerebrovasculares o tumores, Posner y sus colegas descubrieron que los tiempos de reacción eran más largos durante los ensayos incongruentes en comparación con los ensayos congruentes y, en particular, cuando se comparaban con los controles neurológicos, aquellos con lesiones fuera del área parietal, lo que confirma la importancia funcional de esta región. Además, como ya has aprendido, la inclusión de señales en la tarea conduce a pensamientos anticipatorios sobre dónde enfocar la atención, aunque esas expectativas no se cumplan. Los investigadores han adaptado el paradigma para identificar los tipos de estímulos, como los destellos brillantes inesperados, que pueden hacer que la atención cambie automáticamente. Tales modificaciones podrían beneficiar a las personas que pueden tener problemas para concentrarse bajo demandas limitadas, como aquellas con Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad. Acabas de ver la introducción de JoVE a las señales espaciales. Ahora debes tener una buena comprensión de cómo diseñar y llevar a cabo un paradigma de atención visual encubierta, así como de cómo analizar e interpretar las demandas atencionales cuando las señales son esperadas y no coincidentes. ¡Gracias por mirar!

Education

Educación

JoVE Science Education

Psychology

Psicología

Sensation and Perception

Sensación y percepción

measuring visual attention with cues

Visual attention is the limited ability to focus on some information while ignoring other stimuli in the environment. It is studied in many senses, including vision, hearing, touch, taste, and smell. Researchers most often examine it in vision because it is easy to test with controlled displays.

A common method is the spatial cueing paradigm. In this task, a cue appears to guide attention toward one location, and researchers measure what happens when attention is focused there instead of elsewhere. The method helps show the effects of directing visual attention to some places and not others.

The spatial cueing approach was developed by psychologist Michael Posner in the late 1970s and early 1980s. In his papers, he described attention as a spotlight that selectively lights up part of a scene. The procedure shown here demonstrates the standard steps used in a spatial cueing experiment to study visual attention.

Measuring Visual Attention with Cues

color afterimages

Color Opponency and Afterimages

Color afterimages show how the brain uses opponent color signals to process vision. Human color vision can separate millions of hues, even though it depends on fairly simple hardware. A key part of that ability comes from an opponent system in the brain. In an opponent system, the presence of one kind of color signal is treated as evidence for the absence of another. The absence of one signal can also count as evidence for the other. For example, some brain cells respond when blue is present...

finding your blind spot and perceptual filling-in

finding-your-blind-spot-and-perceptual-filling-in

How the Brain Fills In the Blind Spot

The blind spot is a gap in vision created by the retina and optic nerve. The retina contains light-sensitive cells that detect light and send signals to the brain through the optic nerve, a bundle of neural fibers. In each retina, there is one area in the periphery where these outputs collect and the optic nerve exits. That spot has no photosensitivity, so light that lands there does not create a signal. This means humans have a blind spot, or a place in the visual field where incoming stimuli...

perspectives on sensation and perception

Sensory Illusions in Perception

Sensation and perception explain how the brain turns sensory signals into what we see, hear, feel, and taste. Sensation is the process of transducing signals from sensory organs, such as the eyes. Perception is how the brain interprets those messages. This field has a long history that reaches back to the 19th century. During that time, scientists made major progress in understanding the properties of light and how they connect to the visual system. Those findings helped shape modern ideas...

motion-induced blindness

Visual Awareness Through Motion Illusion

Visual awareness and motion-induced blindness show how the brain shapes what people see. In visual perception and sensation, what appears in the world is not a direct copy of physical reality. People may miss real objects, see things that are not there, or see them in a distorted way. Scientists use the word awareness to mean what people actually perceive. To study awareness, vision researchers often rely on illusions and misperceptions. These cases help reveal how the brain builds experience...

the rubber hand illusion

Body Mapping and the Rubber Hand Illusion

The Rubber Hand Illusion shows how the brain builds a map of the body in space. This body map helps people reach for objects, walk without hitting obstacles, and sit down without missing a chair. It depends on proprioception, which is the brain's sense of where the limbs are based on control and feedback signals. The brain does not rely on proprioception alone. It also uses vision, touch, and even sound to represent body parts in space. The classic illusion, first described by Botvinick and...

the ames room

How the Ames Room Warps Depth

The Ames Room is a visual illusion that changes how people judge depth and size. It is built to show how the brain uses assumptions to recover three-dimensional space from a two-dimensional image on the retina. The retina is the light-sensitive tissue inside the human eye. Light from objects in the world reflects onto the retina and creates patterns of stimulation. Objects that are side-by-side in the world usually create side-by-side stimulations on the retina. Distance is harder to recover,...

inattentional blindness

Visual Attention and Missed Objects

Visual attention helps determine which parts of the visual world the brain processes and how well it processes them. Because attention is limited, people cannot take in everything at once, even when an object is right in front of them. Researchers began showing this effect in the 1960s. Ulrich Neisser demonstrated that people can miss visible objects when their attention is distracted. Later, in the 1980s and 1990s, Arien Mack and Irvin Rock built on that work and developed a simple way to...

spatial cueing

Visual attention is the limited ability to focus on some information while ignoring other stimuli in the environment. It is studied in many senses, including vision, hearing, touch, taste, and smell. Researchers most often examine it in vision because it is easy to test with controlled displays. A common method is the spatial cueing paradigm. In this task, a cue appears to guide attention toward one location, and researchers measure what happens when attention is focused there instead of...

the attentional blink

Measuring Visual Attention Lapses

Visual attention is needed to recognize a stimulus. Early in vision, objects are not seen as whole objects. They are processed as features such as lines, corners, texture changes, color, and light. Attention helps later processing combine those features into something the brain can identify. This makes attention a major topic in vision research. A key question is how people sustain attention over time. Sustained attention means keeping focus from moment to moment. It takes effort, especially...

crowding

Peripheral Vision and Letter Crowding

Peripheral vision and letter crowding are shown in this high school science video. The lesson connects how the eye samples light with why objects are harder to recognize at the edge of vision. Human vision depends on light-sensitive neurons in the back of the eye called the retina. These neurons are rods and cones, named for their shapes. They are not spread evenly across the retina. The center region, called the macula, has a dense pack of cones. Cones are especially concentrated in the...

the inverted-face effect

Face Recognition and Upside-Down Faces

Face recognition is a specialized part of human perception. It often feels effortless, but it actually depends on complex and intensive processing. The brain uses dedicated networks to detect faces and tell them apart.

the mcgurk effect

How Lip Reading Shapes Speech Perception

Speech perception depends on both hearing and vision. In many face-to-face conversations, the mouth gives strong visual clues about what a person is saying. Those clues can help the brain sort out speech sounds that are hard to hear clearly. This reliance on visual input is one reason spoken language is easier to understand when the speaker’s face is visible and close up. The mouth can sometimes provide better information than the sound alone. When the brain combines what it sees with what it...

just-noticeable differences

Measuring Size Changes with JND

Psychophysics studies how physical changes become neural signals and mental ideas about magnitude. A key idea in this field is the just-noticeable difference, or JND. A JND is the smallest change people can perceive. Size is a clear way to study JND. Small changes in a child’s height may go unnoticed from day to day. After a longer absence, such as a return from sleep-away camp or a visit after many weeks, those same small changes can seem obvious because they have added up. Researchers...

the staircase procedure for finding a perceptual threshold

the-staircase-procedure-for-finding-a-perceptual-threshold

Measuring Auditory Thresholds with Staircase Testing

Psychophysics studies how the physical strength of a stimulus relates to what people actually perceive. It focuses on perceptual thresholds, which are the smallest amounts of stimulation a person can sense. Examples include the brightness needed to see a light, the pressure needed to feel touch, and the softness of a sound that can still be heard. The staircase procedure is an efficient method for finding a perceptual threshold. Here, the stimulus is adjusted step by step based on a person’s...

object substitution masking

Visual Masking with Object Substitution

Visual masking describes cases where one image is presented, but an observer does not perceive it because a second image appears. In vision science, this kind of interference helps researchers study how the brain selects and stores visual information. Object substitution masking is a surprising form of visual masking. It became an important topic in vision research after it was discovered relatively recently, around 1997, by Enns and Di Lollo. The effect has been studied because it shows that...

sensation and perception

Esta colección se adentra en una variedad de procedimientos para estudiar cómo el cerebro procesa nuestro mundo sensorial y resuelve problemas que confrontan conciencia y la percepción visual, táctil y auditiva.

Explore how the spatial cueing paradigm is used to study visual attention, following the cueing method developed by Michael Posner.

Measuring Visual Attention with Cues | JoVE K12

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-2.

Jonathan Flombaum

Overview

Stimulus and Experimental Design

Running the Experiment

Representative Results

Applications

Summary

Travelling Waves

A wave is a disturbance that propagates from its source, repeating itself periodically, and is typically associated with simple harmonic motion. ...

Wave Parameters

The simplest mechanical waves are associated with simple harmonic motion and repeat themselves for several cycles. These simple harmonic waves can be ...

Equations of Wave Motion

Mathematically, the motion of a wave can be studied using a wavefunction. Consider a string oscillating up and down in simple harmonic motion, having a ...

Graphing the Wave Function

Consider the wave equation for a sinusoidal wave moving in the positive x-direction. The wave equation is a function of both position and time. From the ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14721.jpg

Velocity and Acceleration of a Wave

A wave propagates through a medium with a constant speed, known as a wave velocity. It is different from the speed of the particles of the medium, which ...

Speed of a Transverse Wave

The speed of a wave depends on the characteristics of the medium. For example, in the case of a guitar, the strings vibrate to produce the sound. The ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14722.jpg

problem-solving-tuning-of-a-guitar-string

Problem-Solving: Tuning of a Guitar String

In the case of stringed instruments like the guitar, the elastic property that determines the speed of the sound produced is its linear mass density or ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14744.jpg

Kinetic and Potential Energy of a Wave

All forms of waves carry energy; this is directly visualized in nature. For instance, the waves of earthquakes are so intense that they can shake huge ...

Energy and Power of a Wave

The total energy associated with a wavelength is the sum of the potential energy and the kinetic energy. The average rate of energy transfer associated ...

Interference and Superposition of Waves

When two waves of the same nature occur in the same region simultaneously, they result in interference. Interference of waves implies that the net effect ...

Reflection of Waves

When a wave travels from one medium to another, it gets reflected at the boundary of the second medium. A common example of this is when a person yells at ...

Propagation of Waves

When a wave propagates from one medium to another, part of it may get reflected in the first medium, and part of it may get transmitted to the second ...

Standing Waves

Sometimes waves do not seem to move; rather, they just vibrate in place. Unmoving waves can be seen on the surface of a glass of milk kept in a ...

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Modes of Standing Waves - I

A close look at earthquakes provides evidence for the conditions appropriate for resonance, standing waves, and constructive and destructive interference. ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12784.jpg

Modes of Standing Waves: II

The starting point for expressing the modes of standing waves is understanding the boundary conditions that the waves must follow. The boundary conditions ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14723.jpg

Sound Waves

Sound waves can be thought of as fluctuations in the pressure of a medium through which they propagate. Since the pressure also makes the medium&#39;s ...

Sound as Pressure Waves

Sound waves, which are longitudinal waves, can be modeled as the displacement amplitude varying as a function of the spatial and temporal coordinates. As ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14724.jpg

Perception of Sound Waves

The human ear is not equally sensitive to all frequencies in the audible range. It may perceive sound waves with the same pressure but different ...

Speed of Sound in Solids and Liquids

Most solids and liquids are incompressible&#8212;their densities remain constant throughout. In the presence of an external force, the molecules tend to ...

Speed of Sound in Gases

The speed of sound in a gaseous medium depends on various factors. Since gases constitute molecules that are free to move, they are highly compressible. ...

Shock Waves

While deriving the Doppler formula for the observed frequency of a sound wave, it is assumed that the speed of sound in the medium is greater than the ...

Echo

The human ear cannot distinguish between two sources of sound if they happen to reach within a specific time interval, typically 0.1 seconds apart. More ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14729.jpg

Use mathematical representations to support a claim regarding relationships among the period, frequency, wavelength, and speed of waves traveling and transferring energy (amplitude, frequency) in various media.

HS-PS4-1.

Using GIS to Investigate Urban Forestry

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Urban forests broadly include urban parks, street trees, landscaped ...

Evaluate questions about the advantages of using a digital transmission and storage of information.

HS-PS4-2.

concept-of-resonance-and-its-characteristics

Concept of Resonance and its Characteristics

If a driven oscillator needs to resonate at a specific frequency, then very light damping is required. An example of light damping includes playing piano ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12772.jpg

Sound Waves: Resonance

Resonance is produced depending on the boundary conditions imposed on a wave. Resonance can be produced in a string under tension with symmetrical ...

Sound Waves: Interference

Sound waves can be modeled either as longitudinal waves, wherein the molecules of the medium oscillate around an equilibrium position, or as pressure ...

Interference: Path Lengths

Consider two sources of sound, that may or may not be in phase, emitting waves at a single frequency, and consider the frequencies to be the same.
Two ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/14727.jpg

The Wave Nature of Light

The nature of light has been a subject of inquiry since antiquity. In the seventeenth century, Isaac Newton performed experiments with lenses and prisms ...

The Electromagnetic Spectrum

The electromagnetic spectrum consists of all the types of electromagnetic radiation arranged according to their frequency and wavelength. Each of the ...

The Quantum-Mechanical Model of an Atom

Shortly after de Broglie published his ideas that the electron in a hydrogen atom could be better thought of as being a circular standing wave instead of ...

Quantum Numbers

It is said that the energy of an electron in an atom is quantized; that is, it can be equal only to certain specific values and can jump from one energy ...

Interference and Diffraction

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Interference and diffraction ...

Photoelectric Effect

Source: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics &#38;&#38; Astronomy, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN
Photoelectric effect ...

Reflection and Refraction

Source: Derek Wilson,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA
...

Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind the idea that electromagnetic radiation can be described either by a wave model or a particle model (quantum theory), and that for some situations one model is more useful than the other.

HS-PS4-3.

Electric Charge in a Magnetic Field

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment duplicates J.J. Thomson's famous experiment at the end of ...

Electromagnetic Fields

Electric fields generated by static charges, often referred to as electrostatic fields, are characteristically different from electric fields created by ...

Electromagnetic Waves

James Clerk Maxwell formulated a single theory combining all the electric and magnetic effects scientists knew during that time, calling the phenomena his ...

Electromagnetic waves are categorized according to their wavelengths and frequencies, giving the electromagnetic spectrum. These waves are classified as ...

Plane Electromagnetic Waves I

The existence of combined electric and magnetic fields that propagate through space as electromagnetic (EM) waves is the most significant prediction of ...

Plane Electromagnetic Waves II

Consider a plane wavefront traveling in position x-direction with a constant speed. This wavefront can be utilized to obtain the relationship between ...

propagation-speed-of-electromagnetic-waves

Propagation Speed of Electromagnetic Waves

Electromagnetic waves are consistent with Ampere&#39;s law. Assuming there is no conduction current Ampere&#39;s law is given as:


Consider a plane ...

Electromagnetic Waves in Matter

Electromagnetic waves can travel in the vacuum as well as in matter. For example light, which is an electromagnetic wave, can travel through air, water, ...

Energy Carried By Electromagnetic Waves

Anyone who has used a microwave oven knows there is energy in electromagnetic waves. Sometimes, this energy is obvious, such as in the summer sun&#39;s ...

Intensity Of Electromagnetic Waves

The energy transport per unit area per unit time, or the Poynting vector, gives the energy flux of an electromagnetic wave at any specific time. For a ...

Momentum And Radiation Pressure

An object absorbing an electromagnetic wave would experience a force in the direction of propagation of the wave. This force occurs because ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging

Source: Frederick W. Damen and Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
In this video, high ...

an-introduction-to-drosophila-melanogaster

An Introduction to Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, also known as the fruit fly, is a powerful model organism widely used in biological research that has made significant ...

an-introduction-to-the-zebrafish-danio-rerio

An Introduction to the Zebrafish: Danio rerio

Zebrafish (Danio rerio) are small freshwater fish that are used as model organisms for biomedical research. The many strengths of these fish include their ...

Evaluate the validity and reliability of claims in published materials of the effects that different frequencies of electromagnetic radiation have when absorbed by matter.

HS-PS4-4.

Measuring Visual Attention with Cues

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