Теория:

На все тела в воздухе, как и в жидкости, действует выталкивающая, или архимедова сила.
Чтобы найти архимедову (выталкивающую) силу, действующую на тело в газе,
надо плотность газа умножить на ускорение свободного падения (\(g=9,8 Н/кг\)) и на объём тела,
находящегося в газе: FА=ρгазаgVтела.
Обрати внимание!
Для того чтобы летательный аппарат поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила,
действующая на шар, была больше силы тяжести.
На этом основано воздухоплавание.
 
Подъёмная сила воздушного шара зависит от разности архимедовой силы и силы тяжести всей конструкции.
Подъёмная сила увеличивается при увеличении архимедовой силы и уменьшении силы тяжести:
\(F=F_A-F_{тяж}\). 
Чем меньше плотность газа, заполняющего воздушный шар данного объёма, тем меньше действующая на него сила тяжести, и поэтому тем больше подъёмная сила.
 
Чтобы аэростат поднимался вверх, его нужно наполнить газом, плотность которого меньше, чем у воздуха.
Это может быть водород, гелий, нагретый воздух.
  • Водород обладает одним большим недостатком — он горит и вместе с воздухом образует взрывчатую смесь.
  • Негорючим и в то же время лёгким газом является гелий. Поэтому многие аэростаты в наше время наполняют гелием.
  • Чтобы управлять плотностью воздуха, используют газовые горелки. При увеличении пламени газ нагревается сильнее, его плотность уменьшается и шар поднимается выше — подъёмная сила увеличивается. Чтобы снизить высоту воздушного шара, фитиль горелки убавляют, уменьшая скорость нагрева. Воздух внутри шара охлаждается, подъёмная сила уменьшается, шар начинает опускаться вниз.
Таким образом, можно управлять высотой подъёма шара и добиться равенства силы тяжести и силы Архимеда. Тогда шар повисает в воздухе, и с него легко проводить наблюдения.

photo.jpg
 
Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Поэтому по мере поднятия аэростата вверх действующая на него архимедова сила становится меньше. После того, как архимедова сила достигает значения, равного силе тяжести, подъём аэростата прекращается.
Чтобы подняться выше, с шара сбрасывают специально взятый для этого балласт (высыпают песок из мешков).
При этом сила тяжести уменьшается, и выталкивающая сила вновь оказывается преобладающей.
Для того чтобы опуститься на землю, выталкивающую силу, наоборот, следует уменьшить.
Это достигается путём уменьшения объёма шара. В верхней части шара открывают клапан, часть газа из шара выходит, и он начинает опускаться вниз.