Высоту в 40—60 км, где плотность и дав­ление воздуха уменьшаются в сотни раз, обыч­но считают практической границей атмосферы.

«Всякое тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость» — этот закон Ар­химеда может быть отнесен и к воздуху. Поэтому для преодоления силы тяжести надо, чтобы летательный аппарат был очень легким и при этом вытеснял бы значительный объем воздуха. Такой аппарат можно себе представить просто в виде пустотелого шара, из которого выкачан воздух. Но на такой шар будет действовать большое атмосферное дав­ление, и оболочка его должна быть очень прочной.

При современном уровне техники нельзя сделать оболочку одновременно и легкую и достаточно прочную. Но если шар заполнить газом более легким, чем воздух (т. е. с мень­шей плотностью), то давление изнутри и сна­ружи шара можно уравновесить. Обычно ис­пользуют водород или гелий: водород в 14, а гелий в 7 раз легче воздуха.

Первые воздушные шары заполнялись на­гретым воздухом: при нагревании воздух рас­ширяется и становится легче. Такие воздушные шары были впервые построены в конце XVIII в. во Франции братьями Монгольфье. Модель такого шара нетрудно сделать самому. Надо склеить его из долек папиросной бумаги и снизу через отверстие наполнить теплым воз­духом, подержав шар, например, над костром. Шар перестанет летать, когда воздух в нем охладится.

Современный воздушный шар с герметиче­ской кабиной для человека называется страто­статом. Чтобы такой шар смог подняться на большую высоту, где плотность воздуха стано­вится все меньше и меньше, он должен вытеснять все больший и больший объем воздуха. Поэтому приходится сначала шар заполнять газом не полностью; по мере того как шар под­нимается, давление в атмосфере становится меньше и шар расширяется сам (рис. 1). Для полетов на большой высоте шар делают очень большим, диаметр его достигает десятков мет­ров. В 1935 г. в СССР и США стратостаты под­нимались на высоту около 22 км. Подъемная сила зависит от разницы между плотностями воздуха и газа, наполняющего стратостат. Каж­дый кубометр водорода на уровне моря облада­ет подъемной силой:

Чтобы поднять груз с массой в 1 кг, нужно приложить силу в 9,81 н. На каждый килограмм груза объем воздушного шара, наполненного водородом, должен быть:

на уровне моря — 0,84 м³,

на высоте 20 км — 11,5 м³,

на высоте 30 км — 57 м³,

на высоте 40 км — 260 м³.

Рис. 1. На взлетной площадке воздушный шар наполняется не полностью. На большой высоте газ расширяет его оболочку.

65