La óptica geométrica es el estudio de las trayectorias que siguen los rayos de luz al incidir en espejos o a través de cuerpos transparentes, en particular algunas lentes delgadas. Si se considera a la luz como un fenómeno ondulatorio, los rayos de luz representan la dirección de propagación de las ondas luminosas, lo que permitiría explicar la formación y características de las imágenes de los objetos iluminados colocados frente a espejos y lentes.
Para verificar experimentalmente lo que representa la segunda ley de reflexión de la luz en espejos planos que establece que el ángulo de incidencia, el ángulo de reflexión y la normal, están en un mismo plano, se puede realizar lo siguiente:
Colocar horizontalmente un lápiz frente a un espejo plano, iluminado por alguna fuente luminosa (véase la figura 1, p. 373). Se observará que, desde todos los puntos de la superficie del lápiz, salen rayos de luz reflejada y una parte de ellos va a incidir al espejo. Así que al espejo llegan infinidad de rayos de luz, los cuales cumplen las leyes de la reflexión.
En la figura que ilustra el experimento anterior se muestran sólo dos rayos originados en la punta del lápiz que se reflejan en el espejo hacia el ojo del observador. Como se puede ver, los rayos divergen a partir de la punta del lápiz y se prolongan a partir del espejo al reflejarse. Así, estos rayos divergentes parecen provenir de un punto ubicado atrás del espejo.
Un análisis semejante puede hacerse para los rayos de luz procedentes de cualquier otro punto de la superficie del lápiz, que inciden y se reflejan en el espejo para luego llegar a los ojos del observador. La imagen del lápiz que el observador ve en el espejo se denomina imagen virtual, porque en realidad la luz no pasa por la posición de la imagen, pero se comporta como si de ella proviniera. Esto es, como si en realidad hubiese un lápiz en esa posición. Como se puede ver, coincidiendo con el experimento, la imagen está atrás del espejo, a la misma distancia que el objeto real frente al espejo. También se aprecia que la imagen y el objeto son de igual tamaño.
A partir de lo anterior, se puede explicar por qué cuando una persona se mira al espejo su imagen es de su mismo tamaño y a una distancia igual a la que se encuentra frente a él; esto es, si la persona está a un metro del espejo, su imagen la ubica a un metro "dentro" del mismo. Se observa también que si la persona levanta la mano derecha, su imagen levanta su mano izquierda y, si levanta la izquierda, su imagen levanta la derecha.
De este modo, parece que los espejos planos invierten las imágenes izquierda-derecha; pero no es así. Esto se confirma con la imagen obtenida para el lápiz, en la figura 1 (p. 85). Otra manera de concluir que no hay tal inversión es poniendo frente al espejo una letra "E", recortada en cartoncillo. No se observará en la imagen ninguna inversión.
