La troposfera e la mesosfera sono zone caratterizzate da un decrescere della temperatura. La troposfera è lo strato più basso dell' atmosfera terrestre ed è lo strato dove noi viviamo e si estende per circa 5 miglia sopra i poli e 10 miglia sopra l' equatore ed è proprio in questo strato che la maggior parte degli aerei possono volare sebbene i jets militari possono volare tranquillamente nella stratosfera. L' aria è un gas perfetto e come tale vale l' equazione dei gas perfetti:

Dove P è la pressione dell' aria, ? è la densità , R è la costante dell' aria e T è la temperatura. In quest' equazione, il termine a noi sconosciuto è R e per calcolarla a livello del mare utilizziamo la formula inversa:

E otteniamo che il suo valore è di circa 287,2 ; ma 287,2 cosa? Facendo la analisi dimensionale....

Ottenendo così:

L'aria alle alte altitudini è più fredda che al livello del mare, perchè essendo più rarefatta è trasparente ai reggi solari. Alle basse altitudini, l' aria è più calda perché per induzione è riscaldata dal suolo che a sua volta viene riscaldato direttamente dai raggia solari. Il gradiente di temperatura è di 6,5° ogni mille metri di quota, da qui otteniamo la formula:

Dove Tz rappresenta la temperatura alla quota; Tsl equivale alla temperatura al livello del mare e Z è la quota espressa in kilometri. Siccome si utilizza il Sistema Internazionale la temperatura dovrà essere espressa in gradi Kelvin. Esempio: Z = 5000 m,

Dove 288 è la temperatura espressa in gradi Kelvin al livello del mare (15°C+273 = 288). In campo aeronautica esistono dei parametri dell' aria che variano col variare della quota e che influiscono molto sul comportamento di un aereo in volo alla varie quote.Ora impareremo a calcolare come trovare la pressione, la temperatura, la densità dell' aria e la velocità del suono rispettive ad una certa quota. Per quanto riguarda la temperatura si deve utilizzare la formula poco anzi descritta. Per calcolare la pressione bisogna utilizzare la seguente formula:

Dove Pz è la pressione in quota; P0 è la pressione a livello del mare che equivale a 101325 Pa; Tz è la temperatura in quota calcolata con la formula citata prima espressa in Kelvin; T0 è la temperatura a livello del mare espressa in gradi Kelvin che equivale a 288 K. Attenzione che il numero 5,25 indica che il rapporto Tz/T0 deve essere elevato alla 5,25. La densità dell' aria ad una certa quota si calcola tramite l' equazione dei gas perfetti:

Dove ?z è la densità alla quota stabilita; Pz è la pressione in quota calcolata mediante la formula precedente espressa in Pascal; R è la costante dell' aria che equivale a 287 J/(kg*K) e Tz è la temperatura alla quota espressa in gradi Kelvin. Esiste un altro importante fattore che è utile per lo studio delle velocità supersoniche ed è la velocità del suono che si esprime in m/s. Questa velocità dipende esclusivamente dalla temperatura poichè al diminuire di questa, diminuisce la velocità. La formula per trovare tale velocità è la seguente:

Dove Cz è la velocità del suono in quota; R è la costante dell' aria pari a circa 287 J/(kg*K) e Tz è la temperatura calcolata alla quota ed espressa in gradi Kelvin. Attenzione anche qui il numero 0,5 dopo la parentesi indica un elevamento a potenza ovvero il prodotto R*Tz*1,4 deve essere messo sotto radice quadrata! Di solito può capitare di avere solamente un dato del problema per esempio la quota o la temperatura o la pressione, etc. Con la quota:

Tuttavia esistono molti programmi di semplice utilizzo che vengono utilizzati per il calcolo di questi parametri alle varie quote.Uno di questi programmi lo abbiamo ideato noi, è un open source e non è necessario il download, è un programma di semplice utilizzo che stampa la tabella dell' aria tipo fino ad una quota da voi stabilita per un intervallo di quota sempre da voi stabilito.Se volete provarlo cliccate qui