los rayos de luz cambian de dirección cuando se reflejan en una superficie, se mueven de un medio transparente a otro, o viajan a través de un medio cuya composición está cambiando continuamente. La Ley de reflexión establece que, en la reflexión desde una superficie lisa, el ángulo del rayo reflejado es igual al ángulo del rayo incidente. (Por convención, todos los ángulos en la óptica geométrica se miden con respecto a la normal a la superficie, es decir, a una línea perpendicular a la superficie.,) El rayo reflejado está siempre en el plano definido por el rayo incidente y el normal a la superficie. La Ley de la reflexión se puede utilizar para comprender las imágenes producidas por espejos planos y curvos. A diferencia de los espejos, la mayoría de las superficies naturales son ásperas en la escala de la longitud de onda de la luz, y, como consecuencia, los rayos de luz incidentes paralelos se reflejan en muchas direcciones diferentes, o difusamente. La reflexión difusa es responsable de la capacidad de ver la mayoría de las superficies iluminadas desde cualquier posición: los rayos llegan a los ojos después de reflejarse en cada parte de la superficie.,

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Cuando la luz que viaja en un medio transparente encuentra un límite con un segundo medio transparente (por ejemplo,,, aire y vidrio), una parte de la luz se refleja y una parte se transmite al segundo medio. A medida que la luz transmitida se mueve hacia el segundo medio, Cambia su dirección de viaje; es decir, se refracta. La Ley de refracción, también conocida como la Ley de Snell, describe la relación entre el ángulo de incidencia (θ1) y el ángulo de refracción (θ2), medido con respecto a la normal («línea perpendicular») a la superficie, en términos matemáticos: n1 sin θ1 = n2 sin θ2, donde n1 y n2 son el índice de refracción del primer y segundo medio, respectivamente., El índice de refracción para cualquier medio es una constante adimensional igual a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad en ese medio.

por definición, el índice de refracción para un vacío es exactamente 1., Debido a que la velocidad de la luz en cualquier medio transparente es siempre menor que la velocidad de la luz en un vacío, los índices de refracción de todos los medios son mayores que uno, con índices para materiales transparentes típicos entre uno y dos. Por ejemplo, el índice de refracción del aire en condiciones estándar es 1.0003, el agua es 1.33 y el vidrio es aproximadamente 1.5.

las características básicas de la refracción se derivan fácilmente de la Ley de Snell. La cantidad de flexión de un rayo de luz cuando cruza un límite entre dos medios está dictada por la diferencia en los dos índices de refracción., Cuando la luz pasa a un medio más denso, el rayo se dobla hacia lo normal. Por el contrario, la luz que emerge oblicuamente de un medio más denso se dobla lejos de lo normal. En el caso especial donde el haz incidente es perpendicular al límite (es decir, igual al normal), no hay cambio en la dirección de la luz cuando entra en el segundo medio.

La Ley de Snell rige las propiedades de imagen de las lentes. Los rayos de luz que pasan a través de una lente se doblan en ambas superficies de la lente. Con un diseño adecuado de las curvaturas de las superficies, se pueden realizar varios efectos de enfoque., Por ejemplo, los rayos que inicialmente divergen de una fuente puntual de luz pueden ser redirigidos por una lente para converger en un punto en el espacio, formando una imagen enfocada. La óptica del ojo humano se centra alrededor de las propiedades de enfoque de la córnea y el cristalino. Los rayos de luz de objetos distantes pasan a través de estos dos componentes y se enfocan en una imagen nítida en la retina sensible a la luz. Otros sistemas de imágenes ópticas van desde aplicaciones simples de una sola lente, como la lupa, el anteojo y la lente de contacto, hasta configuraciones complejas de múltiples lentes., No es inusual que una cámara moderna tenga media docena o más elementos de lente separados, elegidos para producir aumentos específicos, minimizar las pérdidas de luz a través de reflejos no deseados y minimizar la distorsión de imagen causada por aberraciones de lente.