引力能

史蒂芬·霍金提出的势能

引力能因为物质的存在而散布到了其周围的区域之中，它不像动能，是不能随意的去传递的，所以对于任意一个物质来说，它的引力能（势能）是永恒地属于其本身，不会因为什么原因而散失掉。

简介

能顾名思义，引力能就是利用地球的引力来做功的一种方法。众所周知：地面的物体在高度 H 范围内（H 为地球引力范围内的高度）都具有 mg H 的势能。假定让物体做自由落体运动，质量为 m 的物体就会做功 W =m g H。如果我们能找到地球上的一个与地球引力方向相反的自然力把这个物体回送到高H 点处而不施加任何外力或施加很少一点外力，那么这个物体所做的功就能转化成为我们所需能源的来处。设想地球资源中有哪种自然力与地球引力方向相反？答案是液体的浮力，地球上始终与重力方向相反的就是液体的浮力。我们只要调节物体的密度，使物体的密度小于液体的密度，根据浮力定律；物体就一定可以上浮恢复到 H 点的高度。在物体从自由落体下降到进入液体上浮的过程中施加很少一点外力（外力做功小于物体自由落体做功），使质量为 m 的物体不停的做自由落体运动，那我们就可以从物体下降过程中源源不断的获得能量。

原理

引力能的大小和其质量是成正比例关系的，引力定律：两物体间的引力与它们的质量成正比，与距离的平方成反比。引力是质点吸引其他质点而本身受到的力。

固有运算公式：

（其中F为引力能，M、m为各自质量R为距离）

引力势能或引力势能是指物体因为大质量物体的万有引力而具有的势能，其大小与其到大质量的距离有关。

其中G为万有引力常数，M、m分别为两物体质量，r为两者距离。

依据经典力学，在两个或更多的质量之间存在着引力势能。能量守恒要求这种引力势能永远是负值。

证明

令无穷远处为势能零点，则有

且万有引力

解得

由于质点所减少的势能等于保守力对该质点所做的功，所以引力势能

在广义相对论，引力势能被塑造成兰道-栗弗席兹赝张量，以允许经典力学的守恒定律能够获得保留。加上物质的应力-能量张量至兰道-栗弗席兹赝张量的结果是结合了物质和引力能赝张量导致散度为零的发散。有些人反对在基础上做如此的延伸，认为这样做在广义相对论中是不适当的，这是只是守恒律的需要所衍生的用途，在这样的情况下只是赝张量和真张量的结合。

发现

一天，牛顿正坐在一棵苹果树下看书及思考问题时，有一个苹果落了下来，这一下子启发了牛顿（但后来经专家发现，当时的苹果并没有砸到牛顿。而是到了牛顿面前的一块空地上。牛顿的日记中回忆道，苹果并没有砸到他）。这位当时年仅23岁的学生立即想到，苹果一定是被地球的某种力量拉下来的。此后，经过多年努力，他终于完成了“万有引力定律”的阐述、数学证明与公式推导。

应用

极大数量的机械发明的正常运行在某种程度上依赖于引力而实现。例如，高度差可以提供有用的液压，这是静脉滴注和水塔的运作原理。利用水的引力势能发电的水力发电装置亦可以这种能量将电车推上斜坡。同样，缆绳上悬挂的重物可通过滑轮使缆绳及缆绳位于滑轮另一边的那一部分持续地绷紧。

还有更多的例子：比如说熔铅，当铅水从霰弹塔的顶端灌入后，会变成一颗颗如雨点一般散落的铅弹——首先被分离成为多个小液滴，形成熔融状态的球体，之后逐渐凝固为固体，并在被众多相同的熔融石的共同作用下，最终在自由落体中冷却形成球形或近球形。引力驱动时钟由引力势能提供运行的能量，摆钟则依赖于引力来校准时间。人造卫星的正常运行则是运用牛顿《原理》计算的结果。

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