(N/A) मान लीजिए ऊँचाई $y$ पर दबाव $P$ है। ऊँचाई में छोटे परिवर्तन $dy$ के लिए दबाव में परिवर्तन $dP = -\rho g dy$ है।
चूँकि वायुमंडल समतापीय है,$PV = nRT$,जिसका अर्थ है $P = \frac{\rho RT}{M}$,जहाँ $M$ हवा का मोलर द्रव्यमान है।
अतः,$\rho = \frac{PM}{RT}$। इसे दबाव समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर: $dP = -\frac{PM}{RT} g dy$,या $\frac{dP}{P} = -\frac{Mg}{RT} dy$।
$y=0$ (जहाँ $P=P_{0}$) से $y$ (जहाँ $P=P$) तक समाकलन करने पर: $\ln(\frac{P}{P_{0}}) = -\frac{Mg}{RT} y$।
इसलिए,$P = P_{0} e^{-y/y_{0}}$,जहाँ $y_{0} = \frac{RT}{Mg}$ है। स्थिर तापमान पर $\rho \propto P$ होने के कारण,$\rho = \rho_{0} e^{-y/y_{0}}$।
$(b)$ गुब्बारा तब तक ऊपर उठता है जब तक उसका घनत्व $\rho$ आसपास की हवा के घनत्व के बराबर न हो जाए।
गुब्बारे प्रणाली का कुल द्रव्यमान $M_{total} = m_{payload} + m_{He} = 400 + (1425 \times 0.18) = 400 + 256.5 = 656.5 \; kg$।
गुब्बारे का घनत्व $\rho = \frac{M_{total}}{V} = \frac{656.5}{1425} \approx 0.4607 \; kg \, m^{-3}$।
वायुमंडल के नियम का उपयोग करते हुए: $\rho = \rho_{0} e^{-y/y_{0}} \implies 0.4607 = 1.25 e^{-y/8000}$।
$\ln(\frac{0.4607}{1.25}) = -\frac{y}{8000} \implies \ln(0.36856) = -\frac{y}{8000}$।
$-0.998 \approx -\frac{y}{8000} \implies y \approx 8000 \; m = 8 \; km$।