Grawitacja jest jedną z dziedzin zjawisk fizycznych, gdzie najważniejszy aspekt to wzajemne przyciąganie się ciał. Wszystkie ciała przyciągają się wzajemnie a siły działające między nimi nazywane są siłami powszechnego ciążenia lub grawitacji. Każde ciało z racji tego, że posiada masę jest źródłem pola grawitacyjnego. Zewnętrzne pole grawitacyjne Ziemi to przestrzeń ją otaczająca oraz powierzchnia gdzie na każdy punkt działa siła ciężkości g. Istotne są tu dwa pojęcia, które charakteryzują to pole: wielkość wektorowa - natężenie pola oraz wielkość skalarna - potencjał pola. Opisując właściwości pola wytworzonego przez punkt o masie M posługujemy się niewielką masą próbną m i wzór na siłę działającą na tą masę umieszczoną w odległości r od M to:

gdzie G to współczynnik proporcjonalności ( stała grawitacji ) równy 6,67x10^-11

[ Nm^2 / kg^2] w układzie SI.

Jeżeli obliczymy siłę, która działa na masę jednostkową, przejdziemy do wielkości zwanej natężeniem pola, które jest cechą punktu pola, g = F/M [ m / s^2 ] W przypadku pola Ziemi to natężenie jest równe przyśpieszeniu swobodnego spadku ku jej powierzchni, czyli przyśpieszeniu ziemskiemu. Przyśpieszenie posiada ciało, które znajduje się w punkcie pola grawitacyjnego i działa na nie siła grawitacji. Przyśpieszenie może być wyrażone także w galach [ cm / s^2 ] i wtedy jest to 983 gale na biegunie i 978 gali na równiku ( około 9,81 m / s^2 ), wynika to z tego, że na równiku siła odśrodkowa jest największa, a bieguny są bliżej środka masy Ziemi. W odległości około 20/3 R od Ziemi siła ciężkości jest równoważona przez siłę przyciągania Słońca, Księżyca i innych planet

Potencjał ściśle wiąże się z energią potencjalną, którą można wyrazić jako pracę, którą trzeba wykonać żeby przejść ze stanu odniesienia do stanu końcowego. Jako punkt odniesienia przyjmuje się taki punkt w którym siła działająca na masę próbną m jest równa 0, z kolei taki punkt w polu sił grawitacyjnych będzie się znajdował w odległości nieskończonej od centrum masy. Energia potencjalna dowolnej masy w nieskończoności jest zerowa. Praca siły grawitacyjnej związana z przeniesieniem masy m z nieskończoności do punktu leżącego w odległości r od centrum pociąga za sobą zmianę energii potencjalnej Ep = W = GMm / r. Najmniejsza energia potencjalna charakteryzuje punkty bliskie centrum przyciągania, a w miarę oddalania się rośnie. Z tego wzoru wynika, że energia potencjalna jaką posiada masa próbna m w danym punkcie jest zależna od masy. Jeżeli obliczymy wartość tej energii dla jednostkowej masy otrzymamy potencjał: Vr = Ep / m = - GM / r [ J / kg ] w układzie SI.

Ten wzór jest słuszny dla pola centralnego, zaś dla pola jednorodnego jest to liniowa funkcja wysokości V = mgh / m = gh. Jeżeli pole grawitacyjne powstanie z nałożenia się kilku pól to potencjał w każdym punkcie jest algebraiczną sumą potencjałów tych pól.

Sztuczne satelity Ziemi poruszają się w centralnym polu grawitacyjnym zgodnie z prawami dynamiki. Rolę ciała centralnego pełni Ziemia. Pierwsza prędkość kosmiczna to prędkość w kierunku poziomym którą należy nadać ciału aby obiegało Ziemię po orbicie będącej okręgiem o możliwe najmniejszym promieniu ( r ~ R ). Jeżeli ciału nada się drugą prędkość kosmiczną w kierunku poziomym to jego tor nie zamknie się wokół Ziemi lecz będzie się oddalać po paraboli. Prędkość ta jest najmniejszą prędkością którą należy nadać ciału by oddaliło się do nieskończoności.

---