Lämmöksi muuttuvan mekaanisen työn suuruuden määrittäminen edellyttää huolellista koejärjestelyä, koska systeemin ja ympäristön välillä tapahtuu helposti lämmön vaihtoa. Ensimmäiset täsmälliset tutkimukset lämpöenergian ja mekaanisen työn yhtenevyydestä teki James Prescott Joule vuonna 1843. Joule havaitsi lämmön ja mekaanisen työn vastaavuuden kokeessa, jossa narun varassa vakionopeudella putoava punnus pyörittää siipiratasta vedessä. Siipirattaan pyörimisliikkeestä siirtyy energiaa veteen, mikä saa veden lämpenemään. 

Joulen kokeessa vesi lämpenee sitä enemmän, mitä korkeammalta punnus vapautetaan. Lämpötilan muutos ja korkeus osoittautuivat suoraan verrannollisiksi. Koska veden vastaanottama lämpö Q on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen ([[$Q=cm\Delta T$]]), voidaan suoraan verrannollisuus todeta myös putoamismatkan h ja veteen siirtyneen lämmön välillä.

[[$\qquad Q \sim h$]]

Toisaalta punnukseen kohdistuvan painon suuruus riippuu massasta painon määritelmän [[$G=mg$]] mukaisesti. Toistettaessa koetta pudottamalla eri punnuksia samalta korkeudelta havaitaan, että suurempi punnus saa aikaan enemmän lämpöä. Mittaukset osoittavat suoraan verrannollisuuden myös painon G ja siirtyneen energian Q välillä.

[[$\qquad Q \sim G$]]

Veden vastaanottama lämpö (Q) on siis suoraan verrannollinen sekä punnusta alas vetäneeseen painoon (G) että punnuksen putoamismatkaan (h). Johtopäätös on, että punnukseen vaikuttava paino tekee työtä, joka muuntaa punnuksen potentiaalienergiaa veteen siirtyväksi lämmöksi. Siirtynyt energia eli tehty työ on voiman ja matkan tulo. Työlle käytetään symbolia W ja sen määritelmä ilmaistaan yleisesti muodossa

[[$\qquad W=Fs$]].