actualizado el 29.01.2004

El aire siendo un gas perfecto, su masa volumétrica esta dada por la fórmula donde :

• rho es la masa volumétrica del aire a la altitud z (en kg/m³),
• P es la presión atmosférica a la altitud z (en Pascales, Pa),
• M es la masa molar del aire M = 28,9644 kg/kmol
• R es la constante de los gases perfectos R = 8314,32 J/K.kmol
• t°es la temperatura a la altitud z (en grados Kelvin) .
  t° (Kelvin) = t° (Celsius) + 273,15      Ejemplo : 293,15 °K = 20 °C

Simplificando (R : M = 287,053), esto queda :
Ejemplo : Al nivel del mar y bajo una presión atmosférica de 1013,25 hPa,
cuando la temperatura es de 15°C (288,15 °K) la masa volumétrica del aire es :
101325/(287,053 x 288,15) = 1,225 kg/m³

Por lo tanto, la masa volumétrica varía con la presión atmosférica y con la temperatura del aire.

Variaciones de la presión atmosférica con respecto a la altitud :
La presión atmosférica en un punto corresponde al peso de la columna de aire que se extiende verticalmente sobre este punto. Las capas inferiores de la atmósfera soportan el peso de las más altas capas hasta el vacío interplanetario. La presión atmosférica decrece aproximadamente 1 milésima por cada 8 m que se ascienden. Igualmente la masa volumétrica del aire disminuye 1 milésima por cada 8 m que se ascienden (un poco menos de 1 milésima debido al enfriamiento del aire).

Variaciones de la capacidad de levantamiento con respecto a la altitud : Cuando la altitud aumenta, la presión atmosférica disminuye y la masa volumétrica del aire exterior disminuye (el aire se enrarece). Entonces el diferencial de masas volumétricas disminuye igualmente.
Si no se toma en cuenta la radiación solar absorbida durante el ascenso, la fuerza aerostática disminuye 1 milésima por cada 8 m que se ascienden. Si se mantiene constante el peso de la envoltura + círculo de carga + asiento, la capacidad de levantamiento disminuye con la altitud.

Variaciones de la temperatura exterior en relación a la altitud del globo

(de acuerdo a los valores de la International Standard Atmosphere - ISA)
Desde 0 m hasta 11000 m, el gradiente natural de la atmósfera (variación de la temperatura en función del incremento de altitud) es de 6,5°C/km (gradiente de temperatura atmosférica estándar). Es decir que la temperatura de la atmósfera disminuye 6,5°C por cada km que se asciende.

Variaciones del diferencial de temperatura en relación a la altitud del globo :
La radiación solar se intensifica cuando la atmósfera se enrarece (con la altitud). Se tiene estimado un valor de 1000W /m² en el suelo y 1320 W/m² en el vacío. Por otra parte, como la atmósfera se enrarece, existen menos intercambios térmicos entre la pared calentada por la radiación térmica y el aire en el exterior del globo. Cuando el globo asciende, absorbe más radiación solar y pierde menos calor.
Por otra parte, la temperatura exterior disminuye rápidamente.
Por lo tanto el diferencial de temperatura entre el interior y el exterior aumenta con la altitud. Queda por hacer un estudio experimental para evaluar esta variación.

Variaciones de la capacidad de levantamiento en relación a la temperatura exterior :
A una altitud fija, entre más frío es el aire ambiente, mayor es la capacidad de levantamiento (el diferencial de temperaturas aumenta, el diferencial de masas volumétricas aumenta, y la fuerza aerostática aumenta). ¡ Por lo tanto en invierno se tienen mucho mejores resultados!
Esta variación es importante. Un globo de 4m de diámetro (36m³) levantará aproximadamente 2 kg en verano y más de 3 kg con temperaturas exteriores negativas.

Variaciones de la capacidad de levantamiento en función del albedo :
Albedo
La mejor capacidad de levantamiento se obtiene sobre la nieve. Mientras que sobre el agua la eficiencia disminuye.
Queda por hacer un estudio experimental para evaluar esta variación.

Variaciones del volumen con respecto a la altitud :
Cuando la altitud aumenta, la presión atmosférica disminuye. El aire caliente contenido en el globo se dilata y por lo tanto ocupa un volumen mayor. ¡ El aumento del volumen ocupado es de 1 milésima por cada 8 m ascendidos !
Mientras que el globo no haya alcanzado su volumen máximo, el aumento de altitud se traduce en un aumento del volumen del globo. Enseguida, el aire caliente se fuga por la boca inferior.
(es por esta razón que los globos de goma inflados con helio explotan rápidamente cuando se les suelta...)

Variaciones de la capacidad de levantamiento con respecto al volumen :

La capacidad de levantamiento aumenta proporcionalmente con el volumen :
fuerza aerostática total = fuerza aerostática por m³ x volumen en m³

¡ En esta animación, las variaciones han sido exageradas !

Ejemplo del globo de 14,5 m de diámetro :
Volumen : 1735 m³ ; Diferencia de temperatura inferior a 20°C entre el interior y el exterior del globo, entonces se tiene una fuerza aerostática de 80 gr/m³ (ver Masa volumétrica en la página " ¿ Cómo funciona ?") ; Fuerza aerostática máxima : 139 kg ; Peso vacío (envoltura + círculo de carga + asiento) : 16 kg ; Carga útil máxima : 139-16 = 121 kg ; Carga útil efectiva : 100 kg. El globo subirá a 1600 m (aproximadamente...) por encima del despegue. A esta altitud, si no existe radiación solar absorbida, el globo estará en equilibrio: La fuerza aerostática a 1600 m del suelo = Peso de la envoltura, del círculo de carga y del asiento + Carga útil efectiva. Pero como el globo continua ascendiendo debido a la absorción de radiación solar, entonces el globo podrá ascender mucho más alto....
( ¡ las fuerzas han sido expresadas en kg lo cual es físicamente incorrecto pero ciertamente más sencillo para los que no estudian la física !)