L'hamiltoniana di una particella libera di massa inerziale m si scrive:
dove p è il modulo della quantità di moto (o impulso) della particella:
essendo v la velocità della particella rispetto al sistema di riferimento inerziale rispetto al quale si studia il moto medesimo. Ne segue
Escludendo la divergenza, rimane la forma indeterminata 0/0 che può essere rimossa esprimendo l'energia cinetica in funzione della velocità anziché dell'impulso:
Cioè, per Newton una particella di massa nulla è ferma. (altro…)
Energia cinetica di una particella relativistica. Moti subluminali
Come è noto, l'energia cinetica di una particella che compie un moto relativistico è:
dove m è la massa a riposo della particella, c la velocità della luce nel vuoto e v il modulo della velocità. È utile introdurre il parametro adimensionale ß=v/c per cui
L'insieme di definizione della funzione reale E(ß) della variabile reale ß, è l'intervallo semiaperto a destra [0,1). La funzione è manifestamente positiva. Inoltre
che è la ben nota energia di riposo della particella. Risulta