有一个事实，如果你愿意的话，也可以说一条定律，支配着至今我们所知道的一切自然现象。没有发现这条定律有什么例外——就我们所知，它是完全正确的。这条定律称为能量恒守定律。
它指出，在自然界所经历的种种变化之中，有一个称为能量的物理量是不变的。那是一个最抽象的概念，因为它是一种数学原理，说的是在某种情况发生时，有一个数量是不变的。它并不是一种对机制或者具体事物的描写，而只是一件奇怪的事实。

例如有一个孩子，可能他叫小明吧，他有一堆积木，这些积木是绝对不会损坏的，也不能分成更小的东西。每一块都和其余的相同。假定他共有28块这样的积木。每天早上他的母亲把他连同28块积木一起留在一个房间里。到了晚上，母亲出于好奇心很仔细地点了积木的数目，于是发现了一条关于现象的规律——无论小明怎样玩积木，积木数目仍然是28块！这种情况持续了好几天。
直到有一天她发现，积木只有27块了，但是稍许调查一下就发现在地毯下面还有一块——为了确信积木的总数没有改变，她必须到处留神。
然而，某一天积木的数目看来有些变化，只有26块了！仔细的调查表明：窗户已经打开，再朝窗外一看，就发现了另外两块积木。
又有一天，经过仔细的清点表明总共有30块积木！这使她相当惊谔。之后才了解到有个叫小红的孩子曾带着她的积木来玩过，并留下了几块在小明的房间里。
自从小明的母亲拿走了多余的积木，把窗关上，并且不再让小红进来之后，一切都归正常，直到有一次，她清点时发现只有25块积木。然而，在房间里有一个玩具箱，母亲走过去要打开这个箱子，但是小明大声喊道：“不，别打开我的箱子”，不让她打开玩具箱。这时他母亲十分好奇，也比较机灵，她想出了一种办法，她知道一块积木重3oz，有一次当她看到积木有28块时曾经称过箱子的重量为16oz，这一次她想核对一下，就重新称一下箱子的重量，然后减去16oz，再除以3，于是就发现了以下的式子
(所见到的积木数)+〔(箱重)-16oz/3oz〕=常数.
接着，又好像出现了某种新的偏差，但是仔细的研究又表明，浴缸里脏水的高度发生了变化，小明正在把积木扔到水里去，只是她看不见这些积木，因为水很混浊，不过在她的公式里再添上一项她就可以查明在水中有几块积木了。由于水的高度原来是6in,每一块积木会使水升高1/4in，因而这个新公式将是
(见到的积木数)+.〔(箱重)-16oz/3oz〕+(水的高度)-6in/(1/4)in=常数.
在她的这个复杂性逐渐增加的世界里，她发现了用一系列的项来计算积木的方法，这些积木藏在不准她去看的哪些地方。结果，她得出了一个用计算某个量的复杂公式，无论小明怎样玩耍，这个量总是不变的。

上面讲的这个小故事和能量守恒有什么相似的地方呢？抽象地说，必须从这个故事的画面中去除最显著的一点就是，根本没有积木。上面的两个式子中取走第一个项，我们就会发现自己是在计算多少是有点抽象的东西。
第一，当我们计算能量时，有时其中的一部分离开系统跑掉了，有时又有另一些能量进入这个系统。为了验证能量的守恒，必须注意我们没有把能量引入系统中或从系统中取走。
第二，能量有许多不同的形式、化学能、辐射能、核能、质能等等。假如我们把表示这些能量的公式全都加在一起，那么除非有能量逸出或有其他能量加入，否则其总和是不会变的。
重要的是要认识到：在今天的物理学中，我们不知道能量究竟是什么。我们并不把能量想象成为以一定数量的颗粒物形式出现。它不是那样的。可是有一些公式可以用来计算某种数量，当我们把这些数量全部加在一起时，结果就是“28”——总是同一个数目。这是一个抽象的对象，它一点也没告诉我们各个公式的机制或者理由是什么。

下面让我们来认识一些比较常用到来作计算的能量形式我想其中重力势能会是一个比较普遍的存在。
在大部分公园里有一种公共设施叫“翘翘板”相信大家都知道这是个孩子们的娱乐设施，它其实是我们说的“杠杆”（总有人求个支点然后撬起个地球什么的）。当一个孩子坐上跷跷板的一端，另一端总是被翘起；而当这个孩子的家长坐上被翘起的一端时，孩子所在的哪一端又翘起来（当然，这位家长的体重要比孩子的体重要重是个前提条件）。而这些过程中就离不开一种能量的作用，这种能量被我们称为——重力势能。
当我们亲身体验过翘翘板不难总结出重力势能的公式：
（一个物体的重力势能）=(重量)×(高度)
我们把重量和高度的乘积之和称为重力势能——只要我们离地球不太远它总是适用的，当位置很高时重力会减弱，这是一个有关引力方面的情况，我们可以把引力的情况也计算在内会让公式更接近实际情况，但目前来说我们不扯太复杂的东西，只是认识一下重力势能。
下面的第一张图（a），1lb重物在斜面底部，而重物W在斜面顶端附近。当W以一种可逆性的方式落下去后，1lb的物体就在斜面顶部，而W经过的距离就是斜边的长度，就像图(b)那样，也就是W落下了5ft。我们使1lb重物只提高了3ft而使W降低了5ft，所以W=3/5lb。
这跟你们高中课程不同的是，高中时，你的老师总要你从力的角度去对待类似的事情，但是现在我们是从能量守恒得出这一结论的，也就是说我们把等号左右都看作了能量。
如果你觉得这个方法非常高明，开始觉得高中几年被当猴耍了，并不是，这其实就是好理论的重叠区域，两个好理论之间总会得出一些近似的甚至一样的结果。并且要看你想得到哪些方面的结果，在能量的角度并不是计算任何情况都如此方便。
另外我给大家再介绍一种更高明的方法推导这个结果，它就刻在斯蒂维纳斯的墓碑上，作为墓志铭，请看下面的第二张图，这个重物一定是3/5lb，因为那串珠子并没有转动，很明显，链条的下端部分是为了自身所平衡的，所以一边三个重物的拉力必须与另一边五个重物的拉力平衡，即按边长的比例。从图中大家可以看到，W一定是3/5lb。

另一种常用作计算的能量形式，我们来看一下下面的图，这是一个单摆。假如我们把它拉向一边，再把它放开，它就会来回摆动。在这种运动中，每当球从最高处跑到最低处我们应该意识到这是前面我们讲到的势能在起作用，当球跑到最低处时势能就消失了，不过它将再次爬上来。可见重力势能必定转变成另一种能量形式。
很明显它依靠自己的运动才能重新爬上来的。我们称这种能量作——动能。
球在最底部的动能等于重量乘以它能升高的高度：
K.E.=W·H

假如我们以一定的速度直接朝上抛出一个物体，它将到达一定的高度。我们暂时还不知道到底是多高，但它依赖于速度——关于这个情况，有一个相应的公式。于是，为了找到物体以速度V运动的动能公式，我们必须计算它能到达的高度，再乘以物体的重量：

K.E.= W V / ( 2g )

当然，运动具有能量这个事实与物体处于重力场内这件事毫无关系。无论运动怎样产生，这都没有关系。本贴的所有公式都是以现今我们所知道的世界观就能判断出它们只是近似公式。但是这些近似公式通过相对论的修正后会完全符合能量守恒定律，我们或许在往后会探讨相对论的内容，但是在这之前我们还要去认识许多相关知识。