Le quattro equazioni della cinematica: quale usare e cosa ciascuna omette
Pubblicato il 18/06/2026 · 7 min di lettura · Calcolatrici quotidiane
Lena Hoffmann — Redattrice Scienza e Istruzione presso OneKitly
Matematica · Fisica
Verificato su 2 fonti
Per il moto rettilineo con accelerazione costante ci sono cinque grandezze — velocità iniziale v₀, velocità finale v, accelerazione a, tempo trascorso t e spostamento Δx — e quattro equazioni che le legano, ognuna omettendo una sola variabile. v = v₀ + at omette lo spostamento. Δx = v₀t + ½at² omette la velocità finale. v² = v₀² + 2aΔx omette il tempo. Δx = ½(v₀ + v)t omette l'accelerazione. Scegli l'equazione la cui variabile assente è quella che il problema né ti dà né ti chiede, e non dovrai mai risolvere due equazioni insieme. Un'auto che frena da 25 m/s a −5,00 m/s² non ha un tempo indicato: usa la terza forma, Δx = (0 − 25²)/(2 × −5,00) = 62,5 m.
Cinque variabili, quattro equazioni, e a ogni equazione ne manca esattamente una. Scegli guardando la variabile che il testo non nomina mai.
Cinque variabili, quattro equazioni, una assente in ciascuna
In realtà qui c'è una sola fisica — l'accelerazione è il tasso di variazione della velocità e lo spostamento è l'area sotto un grafico velocità-tempo — e le quattro equazioni sono quattro modi di scriverla. Solo due sono indipendenti; le altre due si ottengono eliminando una variabile fra le prime due. Ecco perché ogni equazione tralascia esattamente una delle cinque grandezze: la variabile assente è quella eliminata per ricavarla.
La conseguenza è una regola di scelta che rende meccanico l'intero argomento. Leggi il problema, segna le variabili che fornisce e quella che chiede: una delle cinque resterà intatta. Quella variabile intatta nomina la tua equazione. Un'auto che rallenta da 25 m/s fino a fermarsi con 5,00 m/s² di decelerazione non dice nulla sul tempo né lo chiede, quindi è v² = v₀² + 2aΔx e la risposta sta in una riga: 62,5 m. Raddoppiare la velocità d'ingresso a 50 m/s quadruplica quella distanza a 250 m, perché lo spostamento va con il quadrato della velocità — la cosa più utile che questa equazione insegni.
La caduta libera sono le stesse quattro equazioni con a già nota
La caduta libera non è un argomento a parte. È il caso ad accelerazione costante con a già fornita: vicino alla superficie terrestre, l'accelerazione normale di gravità vale esattamente 9,80665 m/s² per definizione. Lascia cadere qualcosa da fermo per 45,0 m senza che sia dato alcun tempo: v² = v₀² + 2aΔx dà v = √(2 × 9,80665 × 45,0) = 29,71 m/s; se invece vuoi il tempo, Δx = ½at² si riordina in t = √(2 × 45,0 / 9,80665) = 3,029 s. Rimettere quel tempo in v = at restituisce 29,71 m/s, ed è questa la verifica che vale la pena fare.
Il numero 9,80665 m/s² è una convenzione definita, non una misura del tuo luogo. La gravità locale reale varia di qualche millesimo con latitudine e quota, ben al di sotto della precisione di qualsiasi problema che inizi dicendo di trascurare la resistenza dell'aria. È questa seconda ipotesi a limitare davvero la risposta: un oggetto denso e compatto lasciato cadere per qualche decina di metri è ben descritto, mentre un foglio di carta, o qualunque cosa cada per molti secondi, raggiunge una velocità limite di cui le equazioni non sanno nulla.
L'ipotesi che rende valide tutte e quattro
Ognuna di queste equazioni presuppone che l'accelerazione sia costante sull'intero intervallo. Non è un tecnicismo da ignorare in silenzio. La quarta forma, Δx = ½(v₀ + v)t, sembra usare soltanto una velocità media e quindi dovrebbe valere sempre — ma la media aritmetica delle velocità iniziale e finale coincide con la vera velocità media solo se la velocità varia linearmente, cioè esattamente nel caso di accelerazione costante. Applicala a un'auto che accelera forte e poi procede per inerzia e ti darà, senza avvisare, una distanza sbagliata.
Quando l'accelerazione varia davvero, il rimedio onesto è spezzare il moto in intervalli in cui sia approssimativamente costante, applicare le equazioni a ciascuno e sommare gli spostamenti. È così che si calcola realmente uno spazio di arresto: una fase di reazione a velocità costante e poi una fase di frenata a decelerazione pressoché costante. Se l'accelerazione varia con continuità e ti serve di meglio, le equazioni smettono di essere algebra e diventano analisi — la velocità come integrale dell'accelerazione, lo spostamento come integrale della velocità — e le quattro formule sono soltanto la risposta in forma chiusa del caso particolare in cui l'integranda è costante.
| Equazione | Fornisce | Variabile omessa | Usala quando |
|---|---|---|---|
| v = v₀ + at | Velocità finale v | Spostamento Δx | Hai accelerazione e tempo e nessuno chiede la distanza |
| Δx = v₀t + ½at² | Spostamento Δx | Velocità finale v | Hai accelerazione e tempo e vuoi la distanza percorsa |
| v² = v₀² + 2aΔx | Velocità finale v, oppure Δx | Tempo t | Non è dato il tempo: distanze di frenata, altezze di caduta, lunghezze di pista |
| Δx = ½(v₀ + v)t | Spostamento Δx | Accelerazione a | Si conoscono entrambe le velocità e il tempo e l'accelerazione non è mai richiesta |
Domande frequenti
- Perché ci sono quattro equazioni e non una sola?
- Perché cinque variabili legate da due relazioni indipendenti si combinano in quattro modi utili, e ogni combinazione elimina una variabile diversa. Averle tutte e quattro permette di risolvere ogni problema risolubile in un passo anziché due. Si potrebbe sopravvivere con le sole v = v₀ + at e Δx = v₀t + ½at², ma qualsiasi testo che taccia il tempo costringerebbe allora a risolvere prima un'equazione di secondo grado, cioè proprio il lavoro in più che v² = v₀² + 2aΔx esiste per risparmiarti.
- La decelerazione è un'accelerazione negativa?
- Solo rispetto al verso che hai dichiarato positivo. L'accelerazione è un vettore: conta se punta nel verso del moto o contro di esso. Un'auto che frena procedendo nel verso positivo ha a negativa; la stessa auto che frena in retromarcia ha a positiva, pur continuando a rallentare. L'abitudine sicura è tracciare un asse, dichiarare quale verso è positivo e lasciare che i segni di v₀, v e a discendano da quella dichiarazione e non dalle parole del testo.
- Queste equazioni valgono in due dimensioni?
- Sì, applicate separatamente a ciascun asse. Moto orizzontale e verticale sono indipendenti: scrivi un insieme di equazioni per x e un altro per y, e l'unica grandezza in comune è il tempo trascorso t. È esattamente così che si risolve il moto di un proiettile: l'accelerazione orizzontale è nulla, quindi x = v₀ cos θ × t, mentre l'asse verticale porta tutta l'accelerazione di caduta libera. Non mescolare mai le componenti dentro una stessa equazione: una velocità di 20 m/s a 30 gradi non è un numero sostituibile a v₀ nell'equazione verticale, lo è solo la sua componente verticale di 10,0 m/s.
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