Puedes pensar a la energía como algo que se puede transformar en trabajo. Por esto, para medir energía y trabajo, se usa la misma unidad: el Joule. Hay varios tipos de energía, los más estudiados en Mecánica -que es una de las ramas principales de la Física-, son la energía cinética, producida por el movimiento de un objeto y la energía potencial que está asociada a fuerzas que dependen de la posición del objeto. Por ejemplo, cuando haces trabajo para llevar un objeto a una posición específica, le das energía potencial que queda almacenada en el objeto. Un resorte es un ejemplo de energía potencial elástica, el resorte adquirió energía por el trabajo que hizo sobre él la persona que lo enrrolla, esta energía se queda acumulada en el resorte, después tú haces trabajo para estirarlo y la suma de ambos trabajos, produce la energía visible al momento de soltarlo.
¿Es posible calcular la energía que tiene un sistema? ¡Sí!, lo haremos calculando la forma más común de energía potencial: la gravitacional. Para hacerlo, piensa en el trabajo que realizas al levantar un ladrillo. Cuesta trabajo, ¿verdad? ¡Claro!, tienes que aplicar fuerza para subirlo a lo largo de cierta distancia. Denotemos por $d$ a la altura a la que lo levantas.
El trabajo, $w$, que haces está dado por la expresión:
$w=Fd$
Supongamos que el ladrillo tiene una masa de un kilo.
Para calcular la fuerza, $F$, lo que debemos obtener es el peso del ladrillo, que se obtiene mediante la expresión: $$P = ma$$ donde $m$ es la masa del ladrillo y $a$ la aceleración que, para este caso, es la constante de gravedad, entonces, $a = g = 9.8\frac{m}{s^{2}}$ por lo que el peso será:
$$P = ma=mg=$$ $$=(1kg)9.8\frac{m}{s^{2}}=9.8\frac{kg\:m}{s^{2}}=9.8 N$$Es muy importante que notes que el peso y la masa no son lo mismo.
Estás acostumbrado a decir que las cosas “pesan” cierta cantidad de kilogramos o gramos, pero esas son unidades de masa. El peso es una fuerza que se mide en Newtons, esta unidad se denota como $N=\frac{kg\:m}{s^{2}}.$
Un Newton, $1N$, es la fuerza que se necesita para lograr dar una aceleración de un metro por segundo cuadrado a un objeto de un kilogramo de masa.
Entonces debes tener mucho cuidado para no confundir estos conceptos y al subirte a una báscula deberías decir que tu masa -no tu peso- es de tantos kilogramos.
Como vimos, si un ladrillo tiene una masa de $1\: kg$ su peso será de $9.8\:N$, entonces, el trabajo realizado para levantarlo a una altura $d$, será:
$$w=Fd=Pd=(9.8N)d$$Entonces, la energía $E$, de este experimento. que es igual al trabajo, está dado por:
Observa que en esta expresión el peso del ladrillo y la aceleración -que es la constante gravitacional, $g$- son valores constantes. El único valor que puede cambiar es la altura a la que lo levantas (que hasta ahora hemos denotado como $d$, sin embargo, es muy frecuente en la literatura encontrar que se denota con la letra $h$, de height que es como se dice altura en inglés). Esto te llevará a concluir que la energía y la altura son directamente proporcionales, requieres más trabajo para levantar el ladrillo a una distancia (altura) mayor. Por lo que si la altura aumenta la energía también lo hace.
