Così come il concetto di forza, anche quello di energia fa parte ormai dell’uso comune; spesso infatti parliamo e leggiamo di energia elettrica, termica, meccanica, cinetica o potenziale.

Supponiamo, di portare un’automobile su di una strada in salita. C’è una grossa differenza se questa deve muoversi per arrivare in cima o se deve rimanere parcheggiata. In entrambi i casi dovremmo vincere la forza peso che tende a far scendere la macchina, ma se la vogliamo parcheggiata basterà tirare il freno a mano: anche a motore spento e senza consumare benzina l’auto non si sposterà.
Se invece vogliamo muoverla in salita allora dobbiamo opporci alla forza peso e consumare benzina.

Vediamo quindi cosa abbiamo imparato: se in un sistema di riferimento inerziale abbiamo un oggetto che vogliamo tenere fermo, possiamo farlo senza che ciò comporti un consumo di energia anche se dobbiamo applicare una forza, mentre per muoverlo è necessario spendere energia, cioè compiere lavoro sull’oggetto.
L’energia può essere quindi legata allo spostamento e all’applicazione di una forza per un certo percorso.

L’energia che acquista la macchina nel suo movimento è detta energia cinetica e, se la macchina ha massa m e viaggia con velocità , la sua energia cinetica sarà:

Proviamo ora a complicarci la vita cambiando un poco il nostro esempio, ma imparando una legge fondamentale della fisica.
Supponiamo di avere una strada dritta e pianeggiante seguita da una salita; a bordo della nostra auto noi aumenteremo la velocità sul rettilineo e subito prima della salita spegneremo il motore.
A questo punto la nostra macchina avrà un’energia cinetica:

e comincerà a salire, salendo rallenterà fino a fermarsi, poi comincerà a scendere acquistando nuovamente velocità fino a tornare ai piedi della salita con un’energia uguale a quella dell’andata (in realtà essendoci la resistenza dell’aria la macchina perderà parte della sua energia nel tragitto, ma non interessiamoci di questo).

Vediamo di capire bene che cosa è successo, perché a prima vista c’è qualche cosa che non torna: la macchina acquista energia sul rettilineo perché brucia benzina, e fino a qui nulla di strano; poi sale e perde tutta l’energia cinetica fermandosi, infine scende e riacquista l’energia che era sparita, questa volta senza consumare benzina.
All’andata sappiamo che è stato il motore a fornire, lungo il rettilineo, l’energia che ha permesso all'auto di salire, ma al ritorno cosa è stato?

In effetti la macchina salendo si è opposta alla forza di gravità e per questo ha rallentato, perdendo energia cinetica. Scendendo invece, la forza di gravità ha accelerato la nostra macchina fornendole l’energia cinetica che aveva perso. L’energia non era sparita si era solo "nascosta", nel senso che la macchina sulla salita era più lenta che nel piano, quindi aveva meno energia cinetica, ma era più in alto.
Di quanto più in alto? Di un altezza tale che, invertendo il moto della macchina, questa sarebbe tornata giù arrivando alla base della salita con la stessa velocità che aveva all’andata.

Questo esempio descrive una delle leggi più importanti della fisica: la conservazione dell’energia durante il processo fisico.
Durante la salita e la discesa, l’energia della macchina si è conservata; a mano a mano che la macchina sale, diminuisce la sua energia cinetica, ma aumenta la sua energia potenziale gravitazionale, cioè l’energia che la macchina acquista salendo di quota. Al contrario durante la discesa diminuisce l’energia potenziale, ma aumenta quella cinetica.
In ogni istante l’energia totale si conserva, cioè:

E’ importante sottolineare che questa legge vale solo nel caso di forze, come quella gravitazionale, dove la macchina scendendo riacquista l’energia che aveva perso. Tali forze vendono dette conservative.

Purtroppo esistono altre forze, come quelle d'attrito, che non sono conservative. Per questa ragione a causa della resistenza dell'aria la velocità dell'auto dopo la discesa è minore di quella prima della salita.