Name: measuring visual attention lapses
Uploaded: 2023-04-30T06:46:22.000Z
Duration: 8 min 52 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.

The Attentional Blink

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>Этот эксперимент основан на общей экспериментальной процедуре, называемой быстрой последовательной визуальной презентацией, сокращенно RSVP.
	<ol>
		<li>Основы RSVP включают в себя экспериментальные испытания, в которых серия изображений демонстрируется быстро, одно за другим. Изображения обычно остаются на дисплее менее 200 мс, прежде чем их заменяют другим изображением, что затрудняет обширную обработку изображений.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Начните с создания базовой программы RSVP. Установите его так, чтобы в центре дисплея отображались потоки крупных черных строчных букв (шрифт Helvetica), каждый из которых длится всего 50 мс. Буквы должны занимать около 2,5 дюймов. вертикально и 1,5 дюйма. горизонтально. На рисунке 1 схематизирована последовательность RSVP.</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10211/10211fig1.jpg"> 
Рисунок 1: Основы быстрого серийного визуального представления (RSVP). Серия изображений демонстрируется в быстрой последовательности, в данном случае строчные буквы остаются только в течение 50 мс, прежде чем их заменяет последующая буква.
<ol start="3">
	<li>Теперь, чтобы сделать эту программу миганием внимания, сделайте следующее:
	<ol>
		<li>Сделайте испытания длиной 30 изображений, т.е. будет отображаться 30 символов, каждый в течение 50 мс, что в сумме составит 1,5 секунды на каждую попытку.</li>
		<li>28 символов в каждом судебном разбирательстве написаны строчными буквами, как только что описано, но два из них являются цифрами.</li>
		<li>В каждом испытании случайным образом выберите два числа от 1 до 9 для отображения, но также убедитесь, что два числа в испытании всегда отличаются.</li>
		<li>Случайным образом выберите место, в котором появляется первое число в пределах8-го представленного предмета и20-го представленного пункта. Другими словами, в каждом испытании помещайте одно число где-то между8-й и20-й позицией RSVP.</li>
		<li>Второе число появляется где-то между первым и шестью позициями после него. Поскольку положение второго числа определяется относительно первого, они называются запаздывающими позициями. Второе число может иметь запаздывающую позицию в диапазоне от 1 до 6. На самом деле, в течение всего эксперимента будет равное количество каждой из запаздывающих позиций от 1 до 6. На рисунке 2 схематизировано понятие запаздывающего положения.</li>
		<li>Запрограммируйте эксперимент таким образом, чтобы включить в себя 180 попыток, по 30 в каждой для каждой позиции лаг, 1-6.</li>
		<li>В конце каждого испытания на экране должно быть написано: «Первый? Второй?», как показано на рисунке 2, чтобы побудить наблюдателя сообщить о цифрах, которые он видел во время испытания.</li>
		<li>Наконец, настройте программу для создания выходной электронной таблицы, в которой будут представлены все соответствующие данные. Каждая строка в файле соответствует содержимому одного испытания и должна включать следующую информацию, как показано на рисунке 3: номер испытания, позиция первого номера в потоке RSVP, запаздывающая позиция второго номера, истинная идентичность первого номера, истинная идентичность второго номера, и нажатие клавиши, производимое участником для идентификации первого числа, и то же самое для второго.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10211/10211fig2.jpg"> 
Рисунок 2: Методы для мигания внимания. За готовым экраном следует RSVP-поток, состоящий в основном из букв, всего 30 изображений. Среди букв вставлены две цифры. Первое число появляется где-то между8-й и20-й позициями в потоке. Положение второго числа называется запаздыванием и определяется относительно появления первого числа таким образом, что следующее сразу же называется лагом 1, следующее положение — лагом 2 и так далее. Эксперимент состоит из 30 попыток на каждом из лагов 1-6. 
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10211/10211fig3.jpg"> 
Рисунок 3: Организация таблицы вывода данных для эксперимента с миганием внимания. Каждая строка соответствует пробному эксперименту. Важными параметрами, которые необходимо записать, являются позиция первого числа в потоке (значение от 8 до 20), задержка до второго числа (значение от 1 до 6), идентичность двух показанных чисел и ответы, данные участником в конце испытания.
3. Проведение эксперимента
<ol>
	<li>Для полного эксперимента идеально проводить тестирование от 10 до 20 участников, но результат этого эксперимента должен быть очевиден в данных большинства отдельных участников.</li>
	<li>Чтобы протестировать участника, посадите его перед монитором компьютера так, чтобы спинка стула находилась на расстоянии около 60 см.</li>
	<li>Объясните им инструкции следующим образом:
	<ol>
		<li>«Этот эксперимент предназначен для исследования скорости человеческого внимания. Каждое испытание будет более или менее одинаковым. Вы увидите экран со словом «Готов?». Экран будет оставаться таким до тех пор, пока вы не нажмете пробел, чтобы начать пробную версию. Как только пробная версия будет начата, вы увидите, как в центре экрана в течение 1,5 секунд быстро появляется серия строчных букв. Между буквами появятся две цифры. Они будут появляться в случайных позициях, и не обязательно сразу друг за другом. Ваша задача состоит в том, чтобы обращать пристальное внимание на последовательность букв, и пытаться распознать две появляющиеся буквы. В конце испытания вам будет предложено ввести числа, которые, по вашему мнению, появились, и в том порядке, в котором, по вашему мнению, вы их видели, сначала первое, а затем второе. Всего будет 180 попыток, поэтому эксперимент должен длиться всего 5-10 минут. Однако очень важно, чтобы вы делали все возможное. Если вы не уверены в идентичности числа в каком-либо испытании, просто догадайтесь. Есть вопросы?»</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ответив на все вопросы, начните эксперимент за участника, наблюдая за тем, как он завершит несколько попыток на случай, если возникнут дополнительные вопросы. Затем оставьте участника для завершения эксперимента.</li>
</ol>
4. Анализ результатов
<ol>
	<li>Первое, что нужно сделать для того, чтобы проанализировать результаты, — это добавить два столбца в теперь заполненную таблицу данных: столбец с именем «Точность 1» и столбец с именем «Точность 2», предназначенный для указания того, правильно ли участник определил число в каждой позиции в этом испытании. Сравните фактическое число, которое появилось в каждом испытании, с полученным ответом, заполнив столбец 1 для правильного ответа и 0 для неправильного ответа. На рисунке 4 показано, как должна выглядеть таблица на этом этапе.</li>
</ol>
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10211/10211fig4.jpg"> 
Рисунок 4: Заполненные данные, выведенные для эксперимента с миганием внимания. В столбцах «Точность 1» и «Точность 2» указывается, соответствовал ли ответ, введенный участником, с фактическим числом, представленным во время каждого испытания. 1 указывает на правильный ответ, а 0 — на неправильный.
<ol start="2">
	<li>Теперь вычислите общую точность ответа участника на первое число. Для этого усреднение чисел в столбце Точность 1 таблицы. Он должен быть очень высоким, от 0,90 до 1.</li>
	<li>Наконец, вычислите среднюю точность ответа для каждой из шести запаздывающих позиций для второго числа.</li>
</ol>

Как и многие другие лабораторные задачи для изучения внимания, мигание внимания стало распространенным инструментом в исследованиях повреждений мозга, а также в исследованиях, использующих методы нейровизуализации для изучения областей мозга, участвующих в контроле и координации внимания.
Парадигма моргания внимания также использовалась для исследования тех вещей, которые могут автоматически привлекать внимание, и даже того, как тревога и другие проблемы с психическим здоровьем могут вызывать ...

Мигание внимания

Источник: Лаборатория Джонатана Фломбаума — Университет Джона Хопкинса
Для того, чтобы произошло распознавание определенного стимула, визуальное внимание должно быть направлено на этот стимул. Для самых ранних частей зрительной системы объекты не являются объектами, они представляют собой совокупность визуальных особенностей — линий, углов, изменений текстуры, цвета и света. Внимание – это тот ресурс, который необходим для последующей обработки для того, чтобы распознать, что из этого складывается тот или иной пучок функций. Это делает внимание центральным направлением исследований. Один из особенно важных вопросов касается того, как люди удерживают внимание, то есть в какой степени они могут постоянно удерживать фокус внимания от момента к моменту. В настоящее время известно, что постоянное внимание требует больших усилий. Когда внимание нужно очень быстро сфокусировать на чем-то, что движется или меняется очень быстро, затраченное усилие вызывает кратковременную потерю внимания, как только оно отключается. Такой провал во внимание называется миганием внимания. Это похоже на то, как мозг на мгновение моргает, отключая внимание для отдыха. Стимулы, которые появляются во время мигания внимания, не будут восприняты. 
В 1992 году группа исследователей разработала парадигму для изучения мигания внимания, и эта парадигма стала известна под тем же названием. 1 Он демонстрирует некоторые проблемы для поддержания сфокусированного внимания. В этом видео показано, как реализовать парадигму моргания внимания для изучения устойчивого зрительного внимания.

График показывает среднюю точность ответа для первого числа, а также точность ответа для второго числа в зависимости от положения запаздывания. На рисунке 5 показан пример. 
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10211/10211fig5.jpg"> 
Рисунок 5: Результаты эксперимента по миганию вниманием. Как показано, участники, как правило, способны сообщать первое число в последов...

Source: Laboratory of Jonathan Flombaum&#8212;Johns Hopkins University
In order for recognition of a certain stimulus to take place, visual attention ...

Обработка информации в быстро меняющейся среде требует больших усилий, и для распознавания объектов необходимо визуальное внимание. Например, чтобы понять, как группа признаков включает в себя объект, такой как этот футбольный мяч, требуется визуальное внимание, и для его поддержания требуются значительные усилия. В динамичных ситуациях, когда объекты движутся быстро, например, футбольный мяч и игроки на поле во время игры, задействованное внимание вызывает кратковременное ослабление внимания, как только оно отключается, например, когда квотербек ищет принимающего. Этот провал называется морганием внимания, как будто мозг на мгновение моргает, отключая внимание на отдых, при котором стимулы, такие как противник, не воспринимаются. Основанное на методах, впервые предложенных Рэймондом, Шапиро и Арнеллом в 1992 году, это видео демонстрирует, как реализовать феномен мигания внимания, обсуждая шаги, необходимые для разработки стимулов и реализации парадигмы, а также как анализировать данные и интерпретировать результаты, описывающие точность ответов в испытаниях с различными уровнями вовлечения внимания. В этом эксперименте серия изображений, таких как крупные черные строчные буквы и цифры шрифтом Helvetica, представляются в течение 50 мс одно за другим — экспериментальная процедура, называемая Rapid Serial Visual Presentation, сокращенно RSVP. Каждое испытание запрограммировано на отображение в общей сложности 30 символов, при этом два изображения представляют собой разные числа от 1 до 9. Первая случайным образом расположена где-то между восьмой и двадцатой позицией RSVP, в то время как вторая цифра случайным образом вставляется в место сразу после первого числа, на шесть мест после него. Такое расстояние называется положением задержки, которое может находиться в диапазоне от 1 до 6. В ходе эксперимента было проведено 180 попыток, по 30 в каждой из 6 запаздывающих позиций. После каждого испытания участников просят сообщить цифры в том порядке, в котором они появились, во время RSVP. Зависимая переменная записывается как количество правильных ответов по позициям запаздывания. Логика парадигмы заключается в том, что первое число привлечет внимание участника, что приводит к очень высокой точности в названии первых. Однако в зависимости от положения запаздывания ожидается, что производительность будет варьироваться при сообщении второго числа. Если он появляется сразу после первого, производительность все равно должна быть очень высокой — концепция, называемая щадящим лаг 1. Точность должна быть затронута наиболее значительно, когда второе число находится во втором и третьем положениях запаздывания (из-за феномена мигания внимания), а точность будет меньше страдать в более поздних позициях задержки, которые возникают после короткого окна мигания внимания. Перед экспериментом настройте программу на создание выходной таблицы, в которой будут представлены все необходимые данные для последующего анализа, включая номер испытания, положение первой цифры в потоке RSVP и задержку, истинную идентичность первого и второго чисел и полученные ответы. Для начала поприветствуйте участника в лаборатории и проводите его в экспериментальную комнату. Пусть они удобно сядут перед компьютером, откинув стул на расстоянии примерно 60 см от него. Теперь объясните инструкции к заданию: на экране появится слово «Готово?». до тех пор, пока не будет нажата клавиша пробела, после чего сразу и стремительно появится ряд букв и цифр. Попросите участника указать, какие числа он видел, нажимая соответствующие клавиши в том же порядке, в котором он их видел. Напомните им, что если они не уверены, какие числа они видели, то нужно просто угадать. Ответив на любые вопросы, выйдите из комнаты и позвольте им завершить 30 испытаний на всех позициях лага, всего 180. Когда они закончат, поблагодарите их за участие в эксперименте. Чтобы начать анализ данных, откройте таблицу с данными, полученными в результате эксперимента. Добавьте две колонки с названиями «Точность 1» и «Точность 2», чтобы указать, правильно ли участник определил число в каждой позиции. Для каждого испытания в столбце с надписью «Точность 1» укажите, правильно ли они определили первое число, поставив 1, или неправильно, поставив 0. Продублируйте это значение для столбца с надписью «Точность 2». Затем приведите график средней точности по всем испытаниям для первого, а также средние значения для вторых чисел?» Точность 2' по задержке позиций. Обратите внимание, что ответ на первое число?» Точность 1' была очень высокой, что демонстрирует, что, несмотря на то, что число появляется очень кратко, в непредсказуемом месте и между буквами, сфокусированное внимание может способствовать детальной обработке и распознаванию. Как и предсказывалось, когда второе число следовало сразу за первым, точность оставалась высокой из-за щадящего лага 1. Таким образом, сфокусированное внимание, вызванное первым числом, остается задействованным, что позволяет захватить второе число. Однако для положений лага 2 и 3 средние значения точности резко снизились, отражая феномен мигания внимания. То есть после обработки первого номера внимание временно отключается, тем самым снижая обработку и узнавание. Тем не менее, мигание внимания длилось недолго, о чем свидетельствует улучшенная производительность для запаздывающих позиций 4, 5 и 6. Теперь, когда вы знакомы с этим феноменом, давайте рассмотрим, как эта парадигма используется для более детального исследования основных ограничений зрительного внимания, включая виды вещей, которые могут захватывать его автоматически, и даже то, как тревога и другие проблемы с психическим здоровьем могут его отвлечь. В аналогичном задании RSVP с использованием фотографий участников попросили идентифицировать целевое изображение, которое было повернуто в необычном положении. Например, в качестве цели была включена перевернутая комната, и участники сообщили, была ли это сцена в помещении или на открытом воздухе. В некоторых испытаниях исследователи добавляли изображение паука в поток в позиции, предшествующей цели. Они предположили, что это может автоматически привлекать внимание из-за страха, который это вызывает. В этом случае они рассудили, что он должен издавать мигание внимания, приводящее к тому, что вращающаяся цель может быть пропущена. Действительно, участники неточно реагировали, когда паук шел впереди цели, демонстрируя, что вызывающие страх объекты могут автоматически привлекать внимание и вызывать мигание внимания. Исследователи также использовали ту же парадигму для изучения различий между людьми с тяжелыми фобиями и теми, у кого просто типичная неприязнь к паукам. В этом случае задача обратная: повернутая комната показывается заранее, представляя паука в положении лага 2. Таким образом, у большинства участников восприятие паука блокируется морганием внимания. Интересно, что люди с тяжелой арахнофобией не проявляли мигания внимания, поскольку они сообщали о том, что видели паука, предполагая, что иногда эмоциональные стимулы очень сильно притягивают внимание, в то время как в противном случае оно было бы отключено. Вы только что посмотрели введение JoVE в мигание внимания. Теперь у вас должно быть хорошее понимание того, как разрабатывать и выполнять задачу по привлечению внимания, а также анализировать и оценивать результаты. Спасибо за просмотр!

Education

JoVE Science Education

Psychology

Психология

Sensation and Perception

Ощущение и восприятие

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 when attention must shift very quickly to something that is moving or changing rapidly.

That effort can cause a brief lapse after attention is disengaged. This lapse is called an attentional blink. During that short pause, stimuli that appear are not perceived. Researchers use the attentional blink paradigm, named for this effect, to study how well people maintain focused visual attention.

The paradigm was first devised in 1992. It shows some of the challenges of keeping attention steady under fast-changing conditions. The method in this video demonstrates how to implement the attentional blink paradigm for studying sustained visual attention.

Measuring Visual Attention Lapses

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

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...

the attentional blink

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 attentional blink reveals brief lapses in visual attention and how researchers use the paradigm to study sustained attention in fast-changing scenes.

Measuring Visual Attention Lapses | JoVE K12

Life Science

Structure and Function

HS-LS1-2.

Jonathan Flombaum

Overview

Stimulus and Experimental Design

Running the Experiment

Data Analysis and 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 Lapses

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards