En general, la óptica describe la propagación de la luz a través de los materiales o del vacío. Todos los materiales a través de los cuales se puede propagar la luz se llaman transparentes; en caso contrario, se denominan opacos. En el caso de la optica geométrica, para hacer esta descripción de la propagación de la luz se parte de unas hipótesis o suposiciones sencillas.
La óptica geométrica es la parte de la óptica que se ocupa de describir el comportamiento de la luz sin plantearse qué es exactamente y considerando que:
Normalmente, en óptica geométrica la propagación de la luz se considera en términos del concepto de rayo.
Un rayo es la línea que sigue la luz en su propagación a través de un medio transparente
Una vez definido el concepto de rayo las sos suposiciones que hemos establecido hace un momento serán, más concretamente:
Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, ésta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como en un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una sola dirección y sentido.
Toda superficie que refleja los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Ejemplos son el agua de una alberca o un lago, o los espejos de cristal que pueden ser planos o esféricos. Un espejo común como los utilizados en casa o en los automóviles, consta de una pieza de cristal a la cual se le deposita una capa delgada de plata en una de sus caras y para proteger dicha capa se recubre con pintura. Al rayo de luz que llega al espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por él se le llama reflejado.
Existen dos leyes de la reflexión propuestas por Descartes y son:
Fórmula:
\( \theta_i = \theta_r \)
Demostración:
\( \theta_r = \)
es el cambio de dirección y velocidad que experimenta una onda de luz al pasar de un medio a otro, ya sea líquido o gaseoso, con distinto índice refractivo. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada
Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.
Formula:
\( n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \)
Demostración:
\( \theta_2 = \arcsin\left(\frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1\right) = \)