En casos simples resulta sencillo predecir el comportamiento del sistema a partir de sus ecuaciones de movimiento y las leyes de Newton. Desgraciadamente, las fuerzas que gobiernan nuestro Universo no son siempre tan sencillas, ya que se trata generalmente de fuerzas cuyo valor depende de la posición; además, los sistemas dinámicos reales están formados por numerosos componentes a los que habría que aplicar este tratamiento, complicando extraordinariamente su resolución.

Para salvar estas dificultades se introduce el concepto de energía, que está relacionada con la capacidad de un sistema dinámico para producir transformaciones en otros cuerpos mediante la transferencia de energía, que puede transmitirse entre los sistemas de dos formas:

Al buscar en el diccionario, impreso o en un sitio web, la palabra trabajo obtendrás distintas acepciones, tales como "acción y efecto de trabajar", "esfuerzo humano aplicado a la producción de riqueza" o "dificultad, impedimento". El concepto físico de trabajo, aunque parecido, no se corresponde exactamente con esta definición, ya que en el lenguaje suele confundirse el hecho de realizar un esfuerzo con hacer un trabajo.

De hecho, para que una fuerza realice un trabajo es necesario que produzca algún tipo de transformación mecánica, y ésta siempre lleva asociada un desplazamiento. Por lo tanto, es necesario que exista un desplazamiento para poder hablar de trabajo.

Trabajo y energía

Históricamente, se comienza a hablar de energía por parte del físico inglés T. Young a principios del siglo XIX como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo. Esta definición se realiza a partir de los experimentos de este científico que demostraron que, cuando se realizaba un trabajo mecánico sobre un sistema, la energía del mismo aumentaba.

Así, cuando un objeto era capaz de realizar trabajo, contenía energía. Esta relación entre trabajo y energía implicaba que se trataba de la misma magnitud, y que por tanto debía medirse en las mismas unidades. Pero pronto se comprobó que un sistema no ganaba ni perdía energía únicamente mediante la realización de un trabajo mecánico, sino que también podía hacerlo a través de intercambios de calor con el entorno, por lo que unas décadas después el alemán H. Helmholtz definió la energía como "Una propiedad que se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza".


Definición de trabajo

Para definir matemáticamente el trabajo se necesita una fuerza F que actúe sobre un cuerpo produciendo un desplazamiento de su punto de aplicación Δr. La situación más sencilla es cuando la fuerza F es constante y el objeto se desplaza en línea recta sobre una superficie horizontal. En el caso general de que la dirección de la fuerza forme un ángulo α respecto a la dirección de desplazamiento, el esquema de la situación será tal y como se representa en la imagen.

Debido a que únicamente la componente de la fuerza que provoca movimiento realiza trabajo -en este caso es la componente sobre el eje x, F_x=F cos α-, el trabajo mecánico realizado dependerá sólo de ella y podremos enunciar la definición de trabajo mecánico.

De la definición anterior puede deducirse que: