A óptica é o ramo da Física que estuda os fenômenos associados com a propagação e a interação da luz com a matéria. Antigamente não se sabia o que era a luz, se seria um conjunto de partículas ou uma onda, hoje sabemos que a luz é na verdade uma onda eletromagnética, mas, às vezes, esta onda apresenta características típicas de partículas.

Princípios de Óptica Geométrica

Óptica geométrica é o estudo das leis de propagação da luz em meios transparentes, que tem como base o argumento que a luz pode ser representada como uma combinação de raios independentes.
Definições importantes:

Raios de luz
são linhas ao longo das quais a energia das ondas eletromagnéticas se propagam. Também indicam a direção e o sentido de propagação.
Fonte puntiforme
é uma fonte luminosa onde suas dimensões são desprezíveis em relação às distâncias entre esta e os objetos de interesse.
Fonte extensa
é aquela que não podemos desprezar as suas dimensões em relação a outros objetos do sistema de interesse.
Sombra
é a região de um corpo que não recebe luz quando este é interposto entre uma fonte luminosa puntual e um anteparo, já a região escura que se forma no anteparo, esta recebe o nome de sombra projetada.
Penumbra
é a faixa mais clara que atecede a sombra própria de um objeto quando este é interposto entre uma fonte de luz extensa e um anteparo. Neste caso, na sombra projetada no anteparo também aparecerá uma faixa mais clara, denomidana penumbra projetada.
Luz monocromática (simples)
é aquela de uma só cor, ou seja, uma onda eletromagnética de uma única frequência.
Luz policromática (composta)
é a luz que resulta da superposição de luzes de cores diferentes, isto é, uma soma de ondas eletromagnéticas com diferentes frequências.
Filtros de luz
são materiais que absorvem todas as cores, com exceção de uma, cor com a qual eles se apresentam.

Meios

A luz interage de forma diferente com diferentes materiais, e em meios diferentes temos comportamentos diferentes:
Meios transparentes
permitem a passagem da luz visível, nos deixando ver com nitidez os objetos atrás deles;
Meios translúcidos
permitem a passagem da luz visível, mas não nos permitem ver com nitidez objetos atrás deles;
Meios opacos
não permitem a passagem da luz visível através deles;
Meios homogêneos
são aqueles que apresentam as mesmas propriedades em todos os seus pontos;
Meios isotrópicos
são aqueles nos quais as propriedades são as mesmas em todas as direções.

Pontos objetos e pontos imagens

Nós somos capazes de enxergar objetos quando a luz ambiente é refletida neles e chega aos nossos olhos, formando as imagens deles. Por isto não somos capazes de enxergar no escuro.

A figura ilustra o processo da visão. A luz da lâmpada refletida na borboleta chega aos nossos olhos, que transmitem a imagem ao nosso cérebro.
Para facilitar o estudo da óptica, podemos pensar que um objeto é um conjunto de pontos que "emitem" luz, sendo assim, a imagem do objeto é o conjunto das imagens dos diferentes pontos. Com isto, o estudo se resume a entender a formação da imagem de um único ponto. Assim temos:
Ponto objeto
é o vértice do pincel de luz incidente no sistema óptico. O ponto objeto real constitui o vértice do pincel incidente cônico divergente. O ponto objeto virtual constitui o vértice do pincel incidente cônico convergente.
Ponto imagem
Definimos ponto imagem como o vértice do pincel de luz emergente do sistema óptico.
A figura abaixo ilustra diferentes pontos objetos e imagens.
Considere algumas telas e imagens sendo projetadas nestas telas. O ponto a partir do qual a imagem é projetada (ponto objeto, representado em amarelo) e a imagem (ponto imagem, representado em verde) podem ser caracterizados de diferentes maneiras. No anteparo (a) está representado um ponto imagem real, que gera uma imagem real, ilustrada no anteparo (a'). No anteparo (b) está representado um ponto imagem muito distante da tela, diga-se no infinito, este ponto é chamado de ponto objeto impróprio. No anteparo (b') está representado a imagem de um objeto impróprio, que é uma imagem imprópria. No anteparo (c) está representado um ponto imagem virtual, que gera uma imagem virtual, como ilustrado no anteparo (c').