La óptica es la rama de la física que estudia los fenómenos asociados con la propagación y la interacción de la luz con la materia. Anteriormente no se sabía lo que era la luz, sería un conjunto de partículas o una onda, ahora sabemos que la luz es en realidad una onda electromagnética, pero a veces, esta onda tiene características típicas de partículas.

Principios de óptica geométrica

La óptica geométrica es el estudio de las leyes de propagación de la luz en medios transparentes, que se basa en el argumento de que la luz puede ser representado como una combinación de rayos independientes.
Definiciones importantes:

Los rayos de luz
Son las líneas a lo largo de la cual la energía de las ondas electromagnéticas se propagan. También indican la dirección y el sentido de la propagación.
Fuente puntual
Es una fuente de luz donde sus dimensiones son insignificantes en comparación con las distancias entre él y los objetos de interés.
Considere una pantalla, un objeto y una fuente puntiforme, en este caso la fuente proyectará en la pantalla: una región iluminada y la sombra proyectada del objeto.
Fuente extensa
Es uno que no se puede ignorar su tamaño en relación con otros objetos en el sistema de interés.
Considere una pantalla, un objeto y una fuente extensa, la fuente proyectará en la pantalla: una región iluminada, la sombra y la penumbra proyectada del objeto.
Sombra
Es la región de un cuerpo que no recibe luz cuando este está interpuesta entre una fuente de luz puntual y una pantalla, ya la región oscura que se forma en la pantalla, este se llama la sombra projectada.
Penumbra
Es la franja más clara que antecede la misma sombra de un objeto cuando se interpone entre una extensa fuente de luz y una pantalla. En este caso, la sombra proyectada en la pantalla aparecerá también una franja más clara, denomidana penumbra proyectada.
Luz monocromática (simple)
Es aquella de un solo color, osea una onda electromagnética de una sola frecuencia.
Luz policromática (compuesta)
Es la luz que resulta de la superposición de diferentes luces de color, es decir, una suma de ondas electromagnéticas con distintas frecuencias.
Filtros de luz
Son materiales que absorben todos los colores excepto un color con el que se presentan.

Medios

Las luz interactúa de manera diferente con diferentes materiales y en medios diferentes tenemos comportamientos diferentes:
Medios transparentes
Permiten el paso de la luz visible, que nos permite ver claramente los objetos detrás de ellos;
Medios translúcidos
Permitir el paso de la luz visible, pero no nos permiten ver claramente los objetos detrás de ellos;
Medios opacos
No permiten el paso de luz visible a través de ellos;
Medios homogéneos
Son aquellos que tienen las mismas propiedades en todos los puntos;
Medios isotrópicos
Son aquellos en las que las propiedades son las mismas en todas las direcciones.

Puntos objetos e puntos de imágenes

Somos capaces de ver los objetos cuando la luz ambiente se refleja en ellos y llega a nuestros ojos, formando las imágenes de estos. Por esta razón, no podemos ver en la oscuridad.

La figura ilustra el proceso de la visión. La luz de la lámpara reflejada en la mariposa llega a nuestros ojos que transmiten la imagen de nuestro cerebro.
Para facilitar el estudio de la óptica, podemos pensar que un objeto es un conjunto de puntos que "emiten" la luz, por lo que la imagen del objeto es el conjunto de imágenes de diferentes puntos. Con esto, el estudio se resume en entender la formación de la imagen en un solo punto. Así tenemos:
Punto objeto
Es el vértice donde del pincel de luz, conjunto de rayos, incidente. El punto de objeto real es el vértice del pincel incidente cónico divergente. El punto de objeto virtual lo constituye el vértice de pincel incidente convergente.
Punto imagen
Definimos el punto de la imagen como el vértice del pincel de luz emergente del sistema óptico.
La siguiente figura muestra los diferentes objetos e imágenes puntos.
Considere algunas pantallas e imágenes proyectadas en estas pantallas. El punto desde el cual la imagen es proyectada (punto objeto, representado en amarillo) y la imagen (punto de imagen, representada en verde) pueden caracterizados de diferentes maneras. En la pantalla (a) esta representado un punto imagen real, ilustrada en la pantalla (a '). En la pantalla (b) esta representado un punto imagen muy distante de la pantalla, digamos en el infinito, este punto o és llamado de punto objeto imprópio. En la pantalla (b') se muestra la imagen de un objeto impropio, que es una imagen impropia. En la pantalla (c) esta representado un punto de imagen virtual, que genera una imagen virtual, como se muestra en la pantalla (c').