哦，這就像你把一個木塊按在水裡，如果一鬆手，木塊會上升浮到水面一樣，這真是個奇妙的過程，如果從能量變化的角度仔細思考這個過程，它不過是由一種勢能轉換為動能的過程。

是一種擠壓，在地球引力場中，更重的空氣從高一點的地方下來，釋放了能量，是地球引力場中的勢能，同時氣球得到了能量，在地球引力場中提高了高度，得到了勢能。

氫氣的上升和一塊泡沫在水中的上升其實都一樣，和密度有很大的關係。一塊按壓在水中的泡沫之所以會浮起來，是因為泡沫本身的密度小於水。當沒入水中佔據了水的空間後，密度較大的水就會對它形成了排擠，產生浮力就飄起來，石頭哪怕再小，密度大就不會。

氫氣是目前地球已知密度最低的物質，標準壓力下每立方米的氫氣質量在89.9克。空氣密度大約為1.29千克每立方米，當然空氣是很多氣體的混合體，但氫氣比任何氣體都非常小。相同單位下密度越低帶變質量也就越小。而質量越小代表所受地球重力越小。

在地球萬有引力作用下，質量越大的物體所受重力越大，像氣體類的物質，在受到引力作用後，由於引力的向心作用，物質會向地球靠近。這個時候，氫氣之類密度小所受重力小的物質就會被比它重的物質所排擠。因為氫氣所受重力小，而其它氣體所受重力大，受重力大的要更接近地球才對。

用段卡通話來說就比較形象了！氫氣在地面玩耍，突然上面的空氣對氫氣說：“小娃娃你比我輕，又耐不住我壓，你佔據我的空間幹嘛？”氫氣只好認慫，往上而去。生活中有隻有老爸背小屁孩，哪有小屁孩背老爸的道理！

把一隻乒乓球按到裝滿水的水盆裡，一鬆手乒乓球就會浮到水面。根據阿基米德浮力定律，浸在水底裡的乒乓球受到的浮力等於它排開的液體所受到的重力。乒乓球的密度比水的密度小，故浸在水中的乒乓球受到的浮力大於其受到的重力，這樣乒乓球就會從水底裡上浮，直到到達水面。

乒乓球從水中上浮的過程中，其重力勢能是在不斷的增大，能量是從哪裡來的呢？這個能量就是來自於乒乓球周圍的水，乒乓球浸在水底時，下部空間被乒乓球佔據著，把水看成一個整體，水的重心位置相對較高。乒乓球上浮的過程，水的重心位置就在不斷的上升，乒乓球浮出水面後，水的重心位置最低。水的重心位置降低了，故水的重力勢能會減小，水減小的重力勢能一部分轉化為乒乓球的重力勢能。一個系統，其重力勢能越小，系統的往往就越穩固。在乒乓球上浮的過程中，水和乒乓球組成系統的重力勢能就是在不斷的減小，系統從不穩定的狀態自發的趨向於穩定的狀態。

阿基米德浮力定律不僅適用於液體，也適用於氣體。人在空氣中也會受到空氣的浮力，並且浮力的大小等於人排開的空氣所受到的重力。因空氣的密度相對較小，日常生活中一般不考慮空氣浮力的影響。

對於氫氣球就不一樣了，氫氣是密度最小的氣球，氫氣球的密度小於了空氣的密度氫氣球就會在空氣中上浮。上浮的過程中，氫氣球的重力勢能逐漸增大，密度大的空氣就會被氫氣球擠到底部，空氣的重力勢能就會減小。氫氣球增加的重力勢能就是來自於空氣減小的重力勢能。

氫氣球之所以能夠上升，是因為浮力，而浮力的本質又在於重力。

這聽起來似乎很矛盾吧？沒關係，讓我們慢慢來解釋。任何一個有質量的物體本身都具有引力，質量越大的物體，引力也越大。所以重者下沉，而輕者上浮。輕者之所以會上浮，是因為重者下沉對其產生排擠所造成的。比如我們將一個乒乓球放置於水中，由於單位體積水的質量比乒乓球要大，所以水會下沉，與此同時水會將質量較輕的乒乓球排擠上去，這就是浮力。

同樣的道理，在空氣中同樣適用。由於單位體積氫氣的質量要低於空氣，所以空氣下沉，並排擠氫氣球飄浮向上。

我們可以換一個說法，在一個空間之內，物體是上浮還是下沉主要取決於兩件事的對比，那就是浮力與重力。一個物體的浮力等同於它所排開物體所受的重力。還是乒乓球的那個例子，乒乓球的浮力就等於相同體積水所受的重力，而同體積水所受的重力顯然大於乒乓球所受的重力，所以浮力大於重力，乒乓球在水中上浮。

同理，氫氣球的浮力等同於相同體積空氣所受的重力，同體積空氣所受的重力顯然大於氫氣球所受的重力，所以氫氣球的浮力大於重力，所以氫氣球在空氣中上浮。

熱力學第一定律告訴我們，能量不可能無中生有，也不可能憑空消失，能量只可以相互轉化。氫氣球上升的能量，來自於大氣浮力對氫氣球的作用。下面，我們詳細分析一下。

如圖所示，升入半空中的氫氣球受自身重力和空氣浮力的共同作用。其中浮力F大於重力G，這樣保證氫氣球的上升。

假設氫氣球從地面開始上升，經過時間t後距離地面高度為h。那麼重力做功Gh，浮力做功Fh。氫氣球緩慢上升時，浮力等於重力。顯然，上升的能量來自於浮力F。

地球上到處都充滿了空氣，存在著大氣壓。大氣壓的方向是任意的，對於熱氣球而言，大氣壓緊緊的壓迫著它。如果大氣壓處處相等，那麼熱氣球無法升空。實際上，大氣壓隨高度發生變化，高度越高，氣壓越低。對於熱氣球而言，首先存在著高度方向的大氣壓差，氣合力方向向上。

其次，熱氣球內氣體的溫度高，密度小，向下的重力也小，從而更加容易升空。

熱氣球升空時，周圍空氣對其擠壓，形成一個向上的合力。所以升空的能量來自於周圍空氣擠壓力所做的功。