Thế năng trọng trường là năng lượng mà một vật có được do vị trí của nó trong trường trọng lực. Nâng một cuốn sách lên kệ, nó sẽ tích lũy thế năng. Càng lên cao, nó càng có nhiều năng lượng. Thả nó xuống, năng lượng sẽ chuyển hóa thành động năng. Cuốn sách sẽ rơi ngày càng nhanh cho đến khi chạm sàn.

Công thức là khối lượng nhân với gia tốc trọng trường nhân với chiều cao. Gấp đôi chiều cao thì năng lượng cũng gấp đôi. Gấp đôi khối lượng thì năng lượng cũng gấp đôi. Điểm tham chiếu là tùy ý. Bạn có thể đo chiều cao từ mặt đất, từ mực nước biển hoặc từ tâm Trái đất. Chỉ có sự thay đổi về chiều cao là quan trọng. Sự chênh lệch năng lượng giữa hai vị trí mới là điều đáng kể.

Ví dụ về thế năng hấp dẫn

• Một cuốn sách trên giá sách.
• Nước phía sau đập.
• Một đường ray tàu lượn siêu tốc trên đỉnh đồi.
• Một vệ tinh trên quỹ đạo.
• Một người đứng ở đầu cầu thang.

Thế năng trọng trường là năng lượng được lưu trữ, chờ được giải phóng. Đập thủy điện giữ nước ở độ cao lớn. Nước chảy xuống qua các tuabin, chuyển đổi thế năng thành năng lượng điện. Tàu lượn siêu tốc sử dụng nguyên lý tương tự. Hệ thống nâng bằng xích đưa các toa xe lên đỉnh đồi đầu tiên. Lực hấp dẫn làm phần còn lại. Năng lượng không được tạo ra, mà được chuyển hóa. Tổng năng lượng trong một hệ kín được bảo toàn. Thế năng chuyển hóa thành động năng, động năng chuyển hóa thành nhiệt và âm thanh. Phép toán rất đơn giản, nhưng hậu quả lại vô cùng to lớn. Mỗi vật rơi tự do, mỗi dòng sông chảy, mỗi mặt trăng quay quanh Trái đất đều là một bài học về thế năng trọng trường.