Лучи, фронт волны и нормаль
В геометрической оптике луч показывает направление распространения света. Для плоской волны поверхности одинаковой фазы являются плоскостями; лучи в однородной изотропной среде перпендикулярны этим поверхностям. Волновой фронт помогает объяснить направление лучей после отражения.
Законы отражения
1) Падающий луч, отражённый луч и нормаль в точке падения находятся в одной плоскости.
Например, если луч падает под углом 38° к нормали, отражённый луч составляет с нормалью тоже 38°, а с поверхностью зеркала — 52°. При нормальном падении угол равен нулю, и свет возвращается по той же прямой.
Ход лучей обратим: если направить свет навстречу прежнему отражённому лучу, после отражения он пойдёт по линии прежнего падающего луча в обратную сторону. Такое свойство позволяет проверять построения.
Принцип Гюйгенса
Христиан Гюйгенс предложил волновой способ построения распространения света. Каждую точку достигнутого волнового фронта рассматривают как источник вторичных волн. Через одинаковое время новый фронт получается как огибающая этих вторичных волновых поверхностей, то есть поверхность, касающаяся их со стороны распространения.
Где находится изображение точки
Пусть перед плоским зеркалом расположен точечный источник S. Из него на зеркало падают лучи и отражаются по указанным законам. Продолжения отражённых лучей за зеркальную плоскость пересекаются в одной точке S', симметричной источнику относительно этой плоскости. Сам свет за непрозрачное зеркало не проходит: пересекаются мысленные продолжения, а не реальные лучи.