我看出你玩的花样，
但你总把自己隐藏。
我感受你的推搡，听到你的呼唤，
而你本身，我根本看不见。
——史蒂文森（R.L.Stevenson），《童诗园》（A Child's Garden of Verses）
直到最近，我们才用应力、应变、强度和刚度等术语研究和教授有关弹性的知识，也就是说，在本质上用到了力和距离。这就是到目前为止我们考虑该问题的方式，而且事实上，我想大多数人都觉得用这种方式思考该问题是最简单的。但是，人对大自然和工程技术领悟得越多，便越会从能量的角度来看待事物。这种思考方式颇具启发性，它是材料强度和结构行为的现代研究方法——“断裂力学”这门流行学科的基础。这种看待事物的方式告诉我们许多东西，不仅关乎工程结构为何会断裂，还关乎其他各种现象，例如历史现象和生物现象。
然而，令人遗憾的是，许多人头脑中关于能量的总体观念是含混不清的，这源于这个词常用的口语表达方式。就像应力和应变，能量一词也常被用来指代人的一种状态：一种风风火火且惹人厌烦的张扬个性。这个词的日常用法与我们现在所说的清晰客观的物理量之间只有一点儿联系。
能量的科学定义是“做功的能力”，用“力乘以距离”表示。因此，如果你将10磅的重量抬高5英尺，那么你就做了50英尺磅[1]的功，其结果是重物将获得50英尺磅的能量，即“势能”。势能暂时被锁在系统中，但它能通过重物的下降而被释放出来。这样的话，释放出的能量可被用来做50英尺磅的有用功，比如，驱动钟表的机械结构或者打破池塘的冰层。
能量会以不同的形式存在，比如势能、内能、化学能、电能等。在我们的材料世界里，一切活动都涉及能量从一种形式向另一种形式的转换。这样的能量转换只在某些严格规则的支配下才会发生，其中的首要规则便是不能无中生有。能量既不能被创造，也不会被消灭，其总量在任何过程的前后保持不变，这被称为“能量守恒定律”。(www.xing528.com)
因此，能量可被视为科学的通货，我们常常可以借助能提供丰富信息的计量手段来追踪它的各种变换。为此，我们需要使用恰当的单位；不出所料，能量的传统单位处于各行其是的混乱状态。机械工程师习惯用英尺磅，物理学家偏爱尔格和电子伏特，化学家和营养学家喜欢用卡路里，天然气缴费账单用的是千卡，电费账单则用千瓦时。所有这些单位都可以互相换算，但国际上能量的通用单位为焦耳，即物体在1牛顿力的作用下经过1米的距离所做的功。[2]
虽然我们能用相当精确的方法去测量它，但许多人觉得能量是一个比力或距离等更难掌握的概念。就像史蒂文森诗歌里的风，我们只能通过它产生的效应来理解它。可能正是因为这个理由，能量的概念很晚才被引入科学界，其现代形式是托马斯·杨于1807年提出的。直到19世纪晚期，能量守恒定律才被普遍接受；在爱因斯坦和原子弹发明之后，能量作为一个统一概念和深层事实的极大重要性才得到充分的认可。
当然，在被需要之前，能量有许多存储方式，比如化学能、电能、热能等。如果我们打算运用机械手段，那么我们可以采取刚才说的方法，即提升重物得到势能。但是，这种储能方法相当简陋；在实践中，应变能（弹簧的能量）往往更有用，它在生物学和工程领域有着广泛的应用。
图5-1 应变能=应力-应变曲线下方阴影区域的面积
显然，能量可以储存在一个绷紧的弹簧中，但正如胡克指出的那样，标准的弹簧只是任意负载固体行为的一个特例。因此，每一种处在应力作用下的弹性材料都有应变能，无论拉伸还是压缩，没有多大区别。
如果遵循胡克定律，材料中的应力将从0增加到完全拉伸状态的最大值。材料中单位体积的应变能等于应力-应变曲线中阴影区域的面积，即
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