Консервативная сила, действующая на материальную точку, равна минус градиенту потенциальной энергии, и направлена в сторону уменьшения потенциальной энергии

В трехмерном пространстве формула (69) выглядит следующим образом:

где – орты координатных осей.

Выше была введена силовая характеристика гравитационного поля – напряженность , которая равна силе, действующей на тело единичной массы (49). Разделив выражение (69) на m, получим:

(70)

Напряженность поля равна градиенту потенциала с обратным знаком.

Если мы рассматриваем поле вблизи поверхности Земли, то потенциал любой точки на поверхности Земли принимается за нулевой. Соответственно, потенциал точки, находящейся на высоте h, равен gh, а напряженность поля равна ускорению свободного падения. Если мы рассматриваем гравитационное поле материальной точки (т. е. поле Земли, Солнца или другого космического объекта на больших расстояниях, когда поле уже нельзя считать однородным), то за нулевой уровень потенциала принимается потенциал точки пространства, удаленной на бесконечно большое расстояние от рассматриваемой материальной точки.

Рассмотрим два тела массами m и M, которые находятся на расстоянии r друг от друга. Между ними действует сила гравитационного притяжения

где G – гравитационная постоянная. Чтобы «развести» эти тела на бесконечное расстояние друг от друга, необходимо совершить работу

. (71)

Знак «минус» появился по той же причине, что и в формуле (65): векторы и антипараллельны, т. е. вектор силы действует вдоль линии перемещения, но направлен противоположно перемещению. При удалении одного материального тела от другого материального тела работа совершается против силы тяжести, энергия взаимодействия увеличивается, поэтому работа получается отрицательной. При сближении двух материальных тел работа совершается силой притяжения за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействия и работа получается положительной.