น้ำหนักและพลังงานศักย์โน้มถ่วง (Weight and Gravitational Potential Energy)

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึงดูดระหว่างวัตถุ โดยขนาดของแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวล และระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านั้น สำหรับวัตถุขนาดเล็ก แรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงมีขนาดเล็กมาก จนเรานึกว่าไม่มีแรงดึงดูดนั้น สำหรับวัตถุขนาดใหญ่มาก ที่อยู่ไกลออกไป มีแรงโน้มถ่วง แต่เพราะระยะทางนั้นไกลมาก เราจึงไม่รู้สึกถึงสนามโน้มถ่วง หรือแรงดึงดูด สำหรับวัตถุขนาดใหญ่มากที่อยู่ใกล้กัน เช่น โลกหรือดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วงจะแสดงอิทธิพลอย่างชัดเจน และมีอิทธิพลอย่างมากต่อวัตถุที่อยู่ใกล้ เราเรียกบริเวณที่มีอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงนี้ว่า "สนามโน้มถ่วง" และความแรงของสนามนี้เราแสดงด้วยความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง หรือ g สำหรับโลก g= 9.8 นิวตั้นต่อกิโลกรัม หรือ เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง ขณะที่ดวงจันทร์ค่าความแรงของสนามโน้มถ่วง g มีค่าเพียง 1.6 เพราะดวงจันทร์มีขนาดเล็กกว่าโลกมาก ดังนั้นทุกครั้งที่วัตถุเข้าสู่สนามโน้มถ่วง วัตถุจะได้รับแรงดึงดูด และในทางฟิสิกส์ แรงดึงดูดนี้ หมายถึง "น้ำหนัก" ของวัตถุนั่นเอง
ในการคำนวณน้ำหนักของวัตถุ เราจะนำมวลของวัตถุคูณกับความแรงสนามโน้มถ่วง หรือ g สูตรนี้จะบอกเราได้อย่างแม่นยำว่าแรงดึงดูดเท่ากับเท่าใด ตัวอย่างเช่น ถ้าคนที่มีมวล 60 กิโลกรัมอยู่บนพื้นผิวโลก เขาจะได้รับแรงดึงดูดลงไปสู่ศูนย์กลางของโลก ที่มีค่าเท่ากับ 60 คูณกับ 9.8 ซึ่งเท่ากับ 588 นิวตัน ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าน้ำหนักของเขาคือ 588 นิวตัน ตอนนี้คุณอาจสังเกตว่าปกติเราไม่ได้พูดถึงมวลและน้ำหนักในชีวิตประจำวันแบบนี้ โดยทั่วไปเรามักจะพูดว่าเราหนัก 60 กิโลกรัม ไม่ใช่ว่าเรามีมวล 60 กิโลกรัม ศัพท์ทางฟิสิกส์มีความแตกต่างจากภาษาที่ใช้ในชีวิตประจำวัน และคุณจำเป็นต้องทราบความแตกต่างนี้ และรู้ว่าเมื่อคุณทำข้อสอบฟิสิกส์ น้ำหนักและมวลเป็นสองสิ่งที่แตกต่างกัน โดยที่มวลเป็นสมบัติที่ติดตัวของวัตถุไม่ว่าจะอยู่ที่ไหน บนโลกหรือดวงจันทร์ ขณะที่น้ำหนักเป็นแรงที่กระทำต่อวัตถุในสนามโน้มถ่วง
ดังนั้นการยกวัตถุขึ้น เราต้องเอาชนะแรงโน้มถ่วงนี้ จึงต้องใช้พลังงานหรือทำงาน และพลังงานที่เราใช้ยกวัตถุ จะถูกถ่ายโอนไปเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุนั้น สูตรสำหรับพลังงานศักย์โน้มถ่วง สามารถเขียนได้เป็น อีพี เท่ากับ เอ็ม จี เฮช หรือมวลคูณกับความแรงสนามโน้มถ่วงคูณกับความสูง โดยมีหน่วยเป็นกิโลกรัม นิวตันต่อกิโลกรัมเมตร และเนื่องจากพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงาน จึงวัดเป็นหน่วยจูล