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. Оборудование
<ol>
	<li>Для эксперимента требуется компьютер и программное обеспечение для реализации эксперимента, такое как E-Prime, или среда программирования, такая как MATLAB или PsychoPy.</li>
</ol>
2. Стимулирование и планирование эксперимента
<ol>
	<li>Эксперимент включает в себя короткие испытания, в которых участники должны обнаружить и сообщить о короткой визуальной цели. Каждое испытание состоит из трех кадров. На рисунке 1 изображены кадры.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig1.jpg"> 
Рисунок 1. Последовательность событий в парадигме пространственных подсказок, используемая для измерения последствий зрительного внимания. Каждое испытание начинается одинаково, как показано на первом кадре, с центрального фиксирующего креста и двух зеленых прямоугольников по обе стороны. Во втором кадре крест фиксации заменен стрелкой, указывающей на одну из двух коробок (в 50% случаев каждая). Наконец, в третьем кадре показана буква — либо L, либо T— в одной из двух коробок. В показанном примере буква представляет собой букву L. В примере с правой панелью буква появляется в поле, на которое указывает стрелка, что приводит к конгруэнтному испытанию. На панели слева буква появляется напротив стрелки, что приводит к несоответствующему судебному разбирательству. Мерой интереса является время, которое требуется участнику для того, чтобы дать правильный ответ (время реакции), в частности, средняя разница между конгруэнтными и неконгруэнтными испытаниями.
<ol start="2">
	<li>В первом кадре есть два зеленых прямоугольника размером 1,0 x 1,0 дюйма по обе стороны дисплея, расположенные по центру по вертикали. Кроме того, имеется красный фиксирующий крест из 0,5 дюйма. длинные линии, расположенные точно по центру дисплея. Зеленые прямоугольники должны быть около 1,5 дюйма. вдали от краев дисплея.</li>
	<li>Во втором кадре фиксирующий крест заменен на кий — стрелку, которая указывает на один из двух зеленых ящиков. Сделайте стрелку красной и хорошо видимой, как показано на рисунке 1.</li>
	<li>В третьем кадре к одному из двух прямоугольников добавляется буква «T» или «L», а стрелка из второго кадра заменяется повторным появлением фиксирующего креста.
	<ol>
		<li>Задача участника состоит в том, чтобы с помощью соответствующих клавиш указать, является ли буква в поле буквой «L» или «T». Каждая буква будет отображаться в 50% случаев.</li>
		<li>В 80% испытаний буква появляется в поле, на которое указывает стрелка во втором кадре. Они называются конгруэнтными испытаниями. В остальных 20% испытаний буква появляется напротив направления стрелки. Они называются неконгруэнтными испытаниями.</li>
		<li>В целом, буквы будут появляться одинаково часто справа или слева.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Сформируйте последовательность эксперимента так, как описано, чтобы включить в него правильные пропорции конгруэнтных и неконгруэнтных испытаний в случайном порядке. Включает в себя 400 испытаний (320 конгруэнтных и 80 неконгруэнтных).</li>
	<li>Первый кадр должен присутствовать в каждом испытании в течение 100 мс, кадр 2 — в течение 100 мс, а третий кадр должен оставаться в кадре до тех пор, пока не будет записан ответ.</li>
	<li>Наконец, обязательно запрограммируйте эксперимент на сбор релевантных данных. Выходной файл должен иметь заголовок, подобный показанному в таблице на рисунке 2, где каждая строка должна содержать данные одного испытания: номер испытания, положение появившейся буквы (слева или справа), конкретная буква, которая появилась (L или T), было ли испытание конгруэнтным или неконгруэнтным (называемое условием). Нажатие клавиши, сделанное участником, и, что немаловажно, время реакции – время, которое потребовалось участнику для того, чтобы сделать нажатие клавиши, измеряемое с момента появления буквы. (Это число должно быть записано в мс, и ожидается, что оно будет находиться в диапазоне от 50 до 500).</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig2.jpg"> 
Рисунок 2. Пример таблицы для организации вывода данных в эксперименте по пространственной подсказке. Основным показателем, представляющим интерес, является время реакции на каждое испытание. Кроме того, условие должно быть зарегистрировано для того, чтобы сравнить время реакции в конгруэнтных и неконгруэнтных испытаниях, а тип буквы и данный ответ необходимы для оценки точности ответа. Также рекомендуется записывать положение букв, чтобы убедиться, что испытания отображаются в правильных пропорциях. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10210/10210fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>
3. Проведение эксперимента
<ol>
	<li>Чтобы провести эксперимент, наберите от 10 до 20 участников.</li>
	<li>Когда участник придет в лабораторию, объясните, что эксперимент, который он будет проводить, предназначен для изучения природы зрительного внимания, и попросите его заключить соглашение об информированном согласии.</li>
	<li>Посадите участника перед компьютером для тестирования так, чтобы спинка его кресла находилась на расстоянии 60 см от монитора.</li>
	<li>Подробно объясните им инструкцию:
	<ol>
		<li>«Каждая попытка этого эксперимента будет более или менее одинаковой. В начале каждого испытания вы увидите красный крестик фиксации. Важно, чтобы ваш взгляд всегда был зафиксирован на этом положении. Через 100 мс крест фиксации будет заменен на красную стрелку, указывающую на одно из двух зеленых прямоугольников, которые также будут в дисплее. Наконец, через 100 мс, стрелка исчезнет, а в одном из двух полей появится буква. Это всегда будет L или T, и ваша задача — сообщить, какой из них используется, используя соответствующий ключ. Мы хотим, чтобы вы нажали клавишу как можно быстрее, не жертвуя при этом точностью, поэтому рекомендуется всегда держать указательный палец правой руки на клавише L, а указательный палец левой руки на клавише T. После того как вы ответите, произойдет задержка в полсекунды, прежде чем начнется следующее испытание. Обратите внимание, что красная стрелка не всегда будет указывать на место, где в итоге появится буква. Вы проведете 400 попыток эксперимента, которые должны занять всего от 5 до 10 минут. Когда вы пройдете половину пути, будет небольшой перерыв в две минуты. У вас есть вопросы?»</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Как только вы ответите на все вопросы, запустите программу и понаблюдайте за участником в течение нескольких попыток, чтобы убедиться, что он понял инструкции. После этого вы можете покинуть комнату для тестирования до завершения эксперимента.</li>
</ol>
4. Анализ результатов
<ol>
	<li>Программа должна автоматически заполнять ячейки таблицы результатов для каждого участника по мере выполнения эксперимента. Таким образом, в конце эксперимента у вас будет таблица с 400 строками, представляющими 400 испытаний для каждого участника.</li>
	<li>Во-первых, убедитесь, что предоставленные ответы верны. Для этого добавьте в таблицу столбец с именем Accuracy. На рисунке 3 показана заполненная таблица данных.
	<ol>
		<li>Чтобы определить, был ли получен правильный ответ, сравните полученные ответы с фактическими обозначениями показанных букв. Напомним, что в таблице есть столбец для каждого из них.
		<ol>
			<li>Excel (или другое программное обеспечение) может автоматически определять, являются ли ответы правильными, вводя следующую формулу в новый столбец под названием Accuracy: 
			=if("Тип буквы"= "Дан ответ",1,0)Это означает, что если символ в столбце "Тип буквы" совпадает с символом в столбце "Дан ответ", то в столбце точности будет 1. В противном случае будет 0, указывающий на неверный ответ.</li>
			<li>Вычислите среднюю точность для каждого участника, усреднив значения в новом столбце «Точность». Если доля правильных ответов у участника меньше 0,8, не следует дополнительно анализировать результаты участника; Это говорит о том, что участник либо неправильно понял инструкции, либо не отдал приоритет точному выполнению.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Теперь можно вычислить меру интереса. Усредните время реакции участника во всех конгруэнтных испытаниях и отдельно во всех неконгруэнтных испытаниях. Затем вычислите конгруэнтное и неконгруэнтное среднее для всех участников, сгруппированных вместе.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10210/10210fig3.jpg"> 
Рисунок 3. Таблица данных, заполненная результатами 25 испытаний пространственных подсказок. Последний столбец, помеченный как «Точность», был добавлен после завершения эксперимента, и для автоматизации проверки точности была использована формула. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/10210/10210fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>

С момента своего появления в конце 1970-х годов задача пространственных сигналов широко используется исследователями, например, для определения видов стимулов, которые могут автоматически вызывать смещение внимания. Например, исследователи исследовали, вызывают ли яркие вспышки и громкие звуки автоматическое смещение внимания. В этих экспериментах буквам, которые необходимо идентифицировать, иногда предшествуют неожиданные световые и звуковые сигналы. Затем исследователи могут сравнить скорость обнаружения, когда яркая в...

Пространственная подсказка

Источник: Лаборатория Джонатана Фломбаума — Университет Джона Хопкинса
Внимание относится к ограниченной способности человека отбирать некоторую информацию для обработки за счет других стимулов в окружающей среде. Внимание действует во всех сенсорных модальностях: зрение, слух, осязание, даже вкус и обоняние. Однако чаще всего его изучают в визуальной сфере. Распространенным способом изучения зрительного внимания является пространственная парадигма подсказок. Эта парадигма позволяет исследователям измерять последствия концентрации визуального внимания в одних местах, а не в других. Эта парадигма была разработана психологом Майклом Познером в конце 70-х и начале 80-х годов в серии статей, в которых он сравнивал внимание с прожектором, выборочно освещающим какую-то часть сцены. 1,2 Это видео демонстрирует стандартные процедуры для эксперимента по пространственным подсказкам для исследования зрительного внимания.

На рисунке 4 показано среднее время реакции для группы участников, сравнивая конгруэнтные и неконгруэнтные испытания. В конгруэнтных испытаниях участники в среднем реагировали примерно на 200 мс быстрее. Это показывает преимущества, связанные с местом, где вы посещаете, и затраты на посещение других мест. Стрелка давала участникам на 80% достоверную информацию о том, где будет отображаться буква в каждом испытании, поэтому участники направляли визуальное внимание на позиции, на которые указывает стрелка....

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

Наша способность отбирать определенную информацию в окружающей среде для обработки, игнорируя при этом другие стимулы, называется вниманием. Визуальное внимание может быть либо явным, когда глаза сознательно направлены на объект, например, на восходящую полную луну, либо скрытым, когда человек замечает что-то, на что он не смотрит прямо. Например, человек может смотреть на знак, указывающий на левую сторону развилки дороги. Тем не менее, они все равно увидят ближайшую сову дальше по этой тропе, потому что именно в этом направлении они должны идти. Эта концепция называется пространственной сигнализацией, когда скрытое внимание смещается под действием определенного сигнала. Основываясь на предыдущей работе психолога Майкла Познера, это видео демонстрирует, как выполнить компьютеризированную задачу пространственных сигналов, в том числе как интерпретировать данные, исследующие измерение времени реакции скрытого визуального внимания в конгруэнтных и неконгруэнтных испытаниях. В этом эксперименте участники должны обнаруживать и сообщать о кратких визуальных целях, которые демонстрируют фокусировку и последующие сдвиги во внимании. Во время каждого испытания участников просят наблюдать за тремя кадрами, которые идут по порядку: В кадре 1 красный фиксирующий крест, сделанный из ?-in. длинных линий, расположен в центре дисплея. Два зеленых прямоугольника, каждый размером 1 на 1 дюйм, расположены по центру вертикально, на расстоянии 1,5 дюйма. вдали от краев дисплея. Через 100 мс появляется второй кадр на ту же продолжительность, но на этот раз фиксирующий крест заменен на кий — красную стрелку, указывающую на один из двух зеленых прямоугольников. В третьем кадре стрелка кия одновременно заменяется на крест фиксации. В половине испытаний буква «Т» добавляется к одной из двух коробок, в то время как другая половина содержит букву «Л»; И то, и другое распределено поровну. Участников просят идентифицировать изображенную букву. После каждого ответа происходит короткий интервал между испытаниями продолжительностью 500 мс, и последовательность повторяется в общей сложности в течение 400 попыток. Здесь хитрость заключается в том, что они либо конгруэнтны, когда буква появляется в поле, на которое указывает стрелка, в 80% случаев, либо неконгруэнтны, когда она появляется противоположно направлению стрелки в 20% случаев. Зависимая переменная — это время, которое требуется участнику для правильного ответа между типами испытаний, что достигается простым выбором буквы, указанной в поле, независимо от стороны. Ожидается, что участники, в среднем, будут быстрее реагировать во время конгруэнтных испытаний по сравнению с неконгруэнтными, тем самым демонстрируя преимущества, связанные с определением пространственного местоположения, на котором следует сосредоточить свое внимание. Готовясь к эксперименту, откройте программу и убедитесь, что парадигма пространственных подсказок работает правильно. Набрав участников, приведите каждого из них в лабораторию и объясните, что задание предназначено для исследования природы зрительного внимания. Прежде чем продолжить, попросите их заполнить форму информированного согласия. Для начала усадите участника перед компьютером, проводящим тестирование, так, чтобы спинка его стула находилась на расстоянии 60 см от монитора. Объясните инструкции к заданию и ответьте на любые вопросы. Когда участник будет готов, позвольте ему запустить программу, нажав пробел. Понаблюдайте за ними в течение нескольких попыток, чтобы убедиться, что они нажимают клавишу «L» или «T», как только буква появляется на экране. Покиньте комнату для тестирования, когда они завершат 400 испытаний. В середине эксперимента сделайте перерыв в 2 минуты, чтобы общее время выполнения задачи составило менее 10 минут. Чтобы начать анализ данных, сначала извлеките захваченные данные, которые были изначально запрограммированы в выходной файл. Обратите внимание, что данные по следующим пунктам должны быть автоматически внесены в таблицу: номер испытания, положение буквы, тип буквы, условие, фактический ответ, данный участником, и, что важно, время реакции, измеренное от начала письма до нажатия клавиши. Затем проверьте, точны ли предоставленные ответы, добавив в таблицу столбец с именем «Точность». Чтобы заполнить этот столбец, создайте формулу для сравнения "Тип буквы" с "Полученным ответом", так что 1 означает правильный ответ, а 0 - неправильный ответ. Теперь убедитесь, что общие усредненные значения точности для каждого участника превышают 0,8, чтобы убедиться, что участники поняли инструкции к задаче. Чтобы визуализировать данные, составьте график среднего времени реакции участников по типам испытаний. Обратите внимание, что они ответили примерно на 200 мс быстрее в конгруэнтных испытаниях по сравнению с неконгруэнтными испытаниями. Это различие говорит о том, что стрелка указывала участникам обратить внимание на определенное пространственное местоположение, что позволяло им быстрее обрабатывать и идентифицировать букву, когда она там появилась. Теперь, когда вы знакомы с планированием эксперимента по изучению пространственных сигналов, давайте рассмотрим, как исследователи использовали вариации парадигмы для изучения того, как способность к вниманию изменяется в случаях травмы мозга наряду с изменениями в требованиях к задаче. Исследования с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии показали, что области в пределах теменной доли участвуют в способности ориентировать внимание на пространственное положение. У пациентов с очаговыми повреждениями, вызванными инсультом или опухолями, Познер и его коллеги обнаружили, что время реакции было больше во время неконгруэнтных исследований по сравнению с конгруэнтными испытаниями, особенно по сравнению с неврологическими контрольными группами с поражениями за пределами теменной области, что подтверждает функциональную значимость этой области. Кроме того, как вы уже поняли, включение подсказок в задачу приводит к предвосторженным мыслям о том, на чем сосредоточить внимание, даже если эти ожидания могут не оправдаться. Исследователи адаптировали парадигму для определения видов стимулов, таких как неожиданные яркие вспышки, которые могут автоматически вызвать смещение внимания. Такие изменения могут принести пользу людям, у которых могут быть проблемы с концентрацией внимания при ограниченных потребностях, например, людям с синдромом дефицита внимания и гиперактивности. Вы только что посмотрели введение JoVE в пространственные подсказки. Теперь у вас должно быть хорошее понимание того, как разрабатывать и проводить скрытую парадигму визуального внимания, а также как анализировать и интерпретировать потребности во внимании, когда сигналы одновременно ожидаемы и не совпадают. Спасибо за просмотр!

Education

JoVE Science Education

Psychology

Психология

Sensation and Perception

Ощущение и восприятие

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

This collection delves into a variety of procedures to study how the brain processes our complex sensory world and solves problems confronting conscious awareness and visual, tactile, and auditory perception. 

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 ...

/files/media/science-education/science-education-thumbs/12783.jpg

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 ...

An Overview of Genetics and Disease

Many human diseases are associated with mutations or variations in genetic sequences. Some of these genetic variants are heritable, passed down from ...

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

Description

Transcript

More videos by Standards