<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with MathML3 v1.1d2 20140930//EN" "JATS-journalpublishing1-mathml3.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" dtd-version="1.1d2" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="nlm-ta">CEHT</journal-id>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">IECE</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Computational Environmental Heat Transfer</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="ppub" publication-format="print">pending</issn>
      <issn pub-type="epub" publication-format="electronic">pending</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Institute of Emerging and Computer Engineering Inc</publisher-name>
        <publisher-loc>522 W RIVERSIDE AVE STE N, SPOKANE, WA, 99201-0508, UNITED STATES</publisher-loc>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.62762/CEHT.2025.496709</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group subj-group-type="heading">
          <subject>Research Article</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Airships: 100 Years of a Slide Rule, Thermodynamic Stability Equations Re-casted</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name>
            <surname>Avila</surname>
            <given-names>Ruben</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-7239-7682</contrib-id>
          <name>
            <surname>Syed</surname>
            <given-names>Shoaib Raza</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label>Center of Advanced Engineering, Faculty of Engineering, National Autonomous University of Mexico, Mexico City, Mexico</aff>
      </contrib-group>
      <author-notes>
        <corresp id="cor1">Corresponding Author: Ruben Avila. Email: <email>ravila@unam.mx</email></corresp>
      </author-notes>
      <pub-date date-type="pub" pub-type="epub" publication-format="online">
        <day>30</day>
        <month>4</month>
        <year>2025</year>
      </pub-date>
      <volume>1</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>6</fpage>
      <lpage>18</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>21</day>
          <month>1</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>31</day>
          <month>3</month>
          <year>2025</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2025 by the Authors. Published by Institute of Emerging and Computer Engineers. This is an open access article under the CC BY license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).</copyright-statement>
        <copyright-year>2025</copyright-year>
        <copyright-holder>Institute of Emerging and Computer Engineering Inc</copyright-holder>
        <license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
        <license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri xlink:href="https://www.iece.org/article/abs/ceht.2025.496709">This article is available from https://www.iece.org/article/abs/ceht.2025.496709</self-uri>
      <abstract>
        <p>The theoretical fundamentals of aerostatics governing airship flight are revisited and presented in a simple manner.In the analysis it is assumed that the airship is flying in a standard atmosphere, and that both the atmospheric air and the gas inside the envelope of the airship are governed by a polytropic thermodynamic process. The equations formulated in this paper are used to solve some of the problems that were formulated in 1923 by the designers of a slide rule. The slide rule was used by the north-american pilots of the "Blimps" in the 1920s. The models presented in this paper should be considered not only to calculate the aerostatic equilibrium of the new generation airships, but also to evaluate the aerostatic performance of the balloons, that will be used in the future, to transport experimental devices to the surface of the terrestrial planets.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author" xml:lang="en">
        <kwd>airship aerostatic</kwd>
        <kwd>thermodynamic</kwd>
        <kwd>blimp conditions</kwd>
        <kwd>standard atmosphere</kwd>
        <kwd>taut conditions</kwd>
        <kwd>outer space balloons</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="S1">
      <label>1.</label>
      <title>Introduction</title>
      <p id="S1.p1">The airship technology was born at the end of the XIX century and reached the stage of "full" development during the first three decades of the XX century. The dramatic incident of the German airship "Hindenburg", occurred in Lakehurst, New Jersey, USA, on May 6th, 1937, was the end of the first era of the "giant flyers", see [<xref rid="ref001" ref-type="bibr">1</xref>, <xref rid="ref002" ref-type="bibr">2</xref>, <xref rid="ref003" ref-type="bibr">3</xref>, <xref rid="ref004" ref-type="bibr">4</xref>, <xref rid="ref005" ref-type="bibr">5</xref>, <xref rid="ref006" ref-type="bibr">6</xref>].</p>
      <p id="S1.p2">The recent development of computational systems, used by scientists and engineers to solve fluid dynamics equations for predicting atmospheric wind behavior, now enables finding optimal solutions to problems faced by those who enabled the early military and commercial airship flights.</p>
      <p id="S1.p3">The next generation of airships should be considered not only as competitors of the conventional air transportation systems, but due to their inherent characteristics (secure, low operation costs, stability and long range flight independence), they must be considered as aircrafts that can be efficiently used in applications such as [<xref rid="ref007" ref-type="bibr">7</xref>, <xref rid="ref008" ref-type="bibr">8</xref>, <xref rid="ref009" ref-type="bibr">9</xref>, <xref rid="ref010" ref-type="bibr">10</xref>, <xref rid="ref011" ref-type="bibr">11</xref>, <xref rid="ref012" ref-type="bibr">12</xref>, <xref rid="ref013" ref-type="bibr">13</xref>, <xref rid="ref014" ref-type="bibr">14</xref>]:</p>
      <p>
        <list list-type="bullet" id="S1.I1">
          <list-item id="S1.I1.i1">
            <p id="S1.I1.i1.p1">Observance: Aerial photograph, police surveillance, coast guard surveillance, forest fire detection, vehicular trafic monitoring, atmospheric contaminants measurement, surveillance of oil ducts, mineral sources detection.</p>
          </list-item>
          <list-item id="S1.I1.i2">
            <p id="S1.I1.i2.p1">Communication: Long range high-altitude aerial platforms for the transmission of radio, TV stations and internet.</p>
          </list-item>
          <list-item id="S1.I1.i3">
            <p id="S1.I1.i3.p1">Transportation: goods, food, rescue of victims.</p>
          </list-item>
          <list-item id="S1.I1.i4">
            <p id="S1.I1.i4.p1">Scientific research: Meteorology, geophysics, oceanography, science balloons soaring, and research of the animal wild life.</p>
          </list-item>
          <list-item id="S1.I1.i5">
            <p id="S1.I1.i5.p1">Military applications: Anti-submarine warfare and search of maritime mines.</p>
          </list-item>
        </list>
      </p>
      <p>Very recently, the use of balloons (whose aerostatic behaviour is similar to that of the airships) has been considered in several spacial missions aimed to transport sensitive instruments to the surface of the terrestrial planets (planetary balloon missions). An understanding of the aerostatic of the balloons within the atmosphere of the terrestrial planets, is very important to guarantee the success of the missions, see for instance <ext-link xlink:href="http://www.gaerospace.com/space-exploration/planetary-balloons/mars-balloons/">http://www.gaerospace.com/space-exploration/planetary-balloons/mars-balloons/</ext-link> or <ext-link xlink:href="https://vfm.jpl.nasa.gov/venusdesignreferencemission/vdrmballoons2/">https://vfm.jpl.nasa.gov/venusdesignreferencemission/vdrmballoons2/</ext-link>.</p>
    </sec>
    <sec id="S2">
      <label>2.</label>
      <title>Aerostatics of the airships</title>
      <p id="S2.p1">To understand the aerodynamics of an airship, it is important to know the theoretical fundamentals that govern the aerostatics of these aircrafts.</p>
      <p id="S2.p2">The balance of the forces acting on an airship, in the vertical direction <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> (where the positive axis <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> is directed upward), can be expressed as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S2.E1">
          <mml:math alttext="F_{R}=F_{B}-F_{T}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>where <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the total weight of the aircraft (crew, ballast, engines, fuel, envelope, etc.), <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the buoyancy force (due to the volume occupied by the gas within the airship, in the atmospheric air), and <inline-formula><mml:math alttext="F_{R}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the vertical resultant force, or the lifting power of the ship (as it was named by [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] and [<xref rid="ref016" ref-type="bibr">16</xref>]). The vertical force balance is present independently of the aerodynamic forces acting on the aircraft as a result of the flight (that is the trust and drag forces).</p>
      <p id="S2.p3">The aerostatic equilibrium of the airship depends on the vertical variation of the atmospheric air temperature <inline-formula><mml:math alttext="dT_{air}/dz" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the balance between the vertical variation of the atmospheric pressure and the gravity force, that is</p>
      <p>
        <disp-formula id="S2.E2">
          <mml:math alttext="{}\frac{dp}{dz}=-\rho_{air}g=-\gamma_{air}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ρ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>where <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> [N/m<sup>2</sup>], <inline-formula><mml:math alttext="\rho_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> [kg/m<sup>3</sup>] and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the pressure, density and weight per unit volume of the atmospheric air respectively, and <inline-formula><mml:math alttext="g" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> [m/s<sup>2</sup>] is the gravity acceleration.</p>
      <p id="S2.p4">During the first flights of the american Blimps (that is at the beginning of the 1920s), the pilots of the airships used slide rules to calculate the aerostatic equilibrium of the aircraft, see  [<xref rid="ref016" ref-type="bibr">16</xref>] and  [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>]. The thermodynamics fundamentals, on which the design of the slide rules was based, are presented in this paper, see  [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] and  [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>].</p>
      <p id="S2.p5">The mathematical expressions presented in this paper (which are based on the thermodynamical models shown by  [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>]), are successfully validated by solving eight of the eleven problems that were proposed and solved by [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>].</p>
      <p id="S2.p6">It may be concluded that the simple mathematical models revisited and presented in this paper, can be used (by undergraduate students in physics and engineering)) to calculate, not only the aerostatic behaviour of airships, but also the determine the aerostatic equilibrium of high altitude and outer space balloons.</p>
      <p id="S2.p7">In the solution of the problems proposed by [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>], it is assumed in this paper, that the airship is flying in a standard atmosphere.</p>
      <sec id="S2.SS1">
        <label>2.1</label>
        <title>The Universal Standard Atmosphere</title>
        <p id="S2.SS1.p1">The Universal Standard Atmosphere is considered as an hypothetical vertical distribution of the pressure, temperature and density of the atmospheric air. In the Universal Standard Atmosphere model, it is assumed that the atmospheric air: (i) is an ideal gas, hence its thermodynamics behaviour is governed by the following state equation</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E3">
            <mml:math alttext="{}\frac{p}{\rho_{air}g}=\frac{R_{air}}{g}T_{air}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ρ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>or</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E4">
            <mml:math alttext="\frac{p}{\gamma_{air}}=pv_{air}=B_{air}~{}T_{air}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>v</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>and (ii) it satisfies the hydrostatic equilibrium, see Eq. (<xref rid="S2.E2">2</xref>). In Eqs. (<xref rid="S2.E3">3</xref>) and (<xref rid="S2.E4">4</xref>), <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> [K] is the temperature of the atmospheric air, <inline-formula><mml:math alttext="R_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=287.053 J/kg-K is the constant of the air, which is evaluated from <inline-formula><mml:math alttext="R_{air}=R/M_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="R" display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the universal gas constant, that is 8314.51 J/(kgmole-K) and <inline-formula><mml:math alttext="M_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the average molar mass of the air, that is 28.965 kg/kgmole, <inline-formula><mml:math alttext="B_{air}=R_{air}/g" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=29.271 m/K, where <inline-formula><mml:math alttext="g" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>=9.80665 m/s<sup>2</sup>. Notice that <inline-formula><mml:math alttext="v_{air}=1/\gamma_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [m<sup>3</sup>/N].</p>
        <p id="S2.SS1.p2">In the Universal Standard Atmosphere model, it is assumed that the air is free of humidity, and that the gravity acceleration <inline-formula><mml:math alttext="g" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> does not change with respect to the vertical direction <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the definition of the Universal Standard Atmosphere, several physical parameters are considered, however for the analysis of the buoyancy of the airships (and for the solution of the problems proposed by [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>]), the values of the parameters that we use are the following</p>
        <p>
          <list list-type="order" id="S2.I1">
            <list-item id="S2.I1.i1">
              <p id="S2.I1.i1.p1">Constant of the air (without humidity), <inline-formula><mml:math alttext="R_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=287.053 J/kg-K.</p>
            </list-item>
            <list-item id="S2.I1.i2">
              <p id="S2.I1.i2.p1">Gravity acceleration, <inline-formula><mml:math alttext="g" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>=9.80665 m/s<sup>2</sup>.</p>
            </list-item>
            <list-item id="S2.I1.i3">
              <p id="S2.I1.i3.p1">Variation of the temperature with respect to the vertical direction <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> (environmental lapse rate) <inline-formula><mml:math alttext="-dT_{air}/dz" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=0.0065 K/m.</p>
            </list-item>
            <list-item id="S2.I1.i4">
              <p id="S2.I1.i4.p1">The polytropic coefficient of the air (<inline-formula><mml:math alttext="n" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>) is calculated from</p>
              <p>
                <disp-formula-group id="S2.E5">
                  <disp-formula id="S2.E5X">
                    <mml:math alttext="\displaystyle n=\frac{1}{1+B_{air}\frac{dT_{air}}{dz}}" display="inline">
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>=</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>B</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>T</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>a</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:math>
                  </disp-formula>
                  <disp-formula id="S2.E5Xa">
                    <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{1}{1+\left[\left(29.271\right)\left(-0.0065\right)\right]}" display="inline">
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi/>
                        <mml:mo>=</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>[</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mn>29.271</mml:mn>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mn>0.0065</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>]</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                    </mml:math>
                  </disp-formula>
                  <disp-formula id="S2.E5Xb">
                    <mml:math alttext="\displaystyle=1.2349." display="inline">
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi/>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:math>
                  </disp-formula>
                </disp-formula-group>
              </p>
            </list-item>
          </list>
        </p>
      </sec>
      <sec id="S2.SS2">
        <label>2.2</label>
        <title>The atmospheric air as a simple compressible substance</title>
        <p id="S2.SS2.p1">In the analysis, it is assumed that the atmospheric air is a simple compressible substance, that is the only permissible (reversible) works are expansion or compression. The thermodynamics state of a simple compressible substance, is fully determined from the specification of two independent thermodynamical properties [<xref rid="ref018" ref-type="bibr">18</xref>].</p>
        <p id="S2.SS2.p2">In this paper, it is assumed that the thermodynamic behaviour of the atmospheric air is governed by a polytropic process (in which there exists a hydrostatic equilibrium and the temperature gradient <inline-formula><mml:math alttext="dT_{air}/dz" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is constant) which is defined by the following relationship</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E6">
            <mml:math alttext="{}p\left(\frac{1}{\rho_{air}g}\right)^{n}=p\left(\frac{1}{\gamma_{air}}\right)%&#10;^{n}=pv_{air}^{n}=\mbox{const.}" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>ρ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mtext>const.</mml:mtext>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Then, if the ideal gas equation (see Eq. (<xref rid="S2.E3">3</xref>)) is used together with the hydrostatic equation, see Eq. (<xref rid="S2.E2">2</xref>), it is obtained that the variation with respect to the vertical coordinate <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> , temperature <inline-formula><mml:math alttext="T" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> and specific weight <inline-formula><mml:math alttext="\gamma" display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the air is given as, see  [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>]</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E7">
            <mml:math alttext="{}p=p_{1}\left[1+\frac{dT_{air}}{dz}\frac{z}{T_{air_{1}}}\right]^{\frac{n}{n-1%&#10;}}=p_{1}\left[1-az\right]^{\frac{n}{n-1}}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E8">
            <mml:math alttext="{}T_{air}=T_{air_{1}}+\frac{dT_{air}}{dz}z=T_{air_{1}}(1-az)" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS2.p4">and</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E9">
            <mml:math alttext="{}\gamma_{air}=\gamma_{air_{1}}\left[1+\frac{dT_{air}}{dz}\frac{z}{T_{air_{1}}%&#10;}\right]^{\frac{1}{n-1}}=\gamma_{air_{1}}\left[1-az\right]^{\frac{1}{n-1}}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where it is observed that the coefficient <inline-formula><mml:math alttext="a" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is defined as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E10">
            <mml:math alttext="a=-\frac{1}{T_{air_{1}}}\frac{dT}{dz}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p><inline-formula><mml:math alttext="p_{1}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="T_{air_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are known values of the atmospheric air at the reference height <inline-formula><mml:math alttext="z_{1}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
        <p id="S2.SS2.p5">In the aerostatic analysis of an airship, the buoyancy force, in Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>), is given as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E11">
            <mml:math alttext="{}F_{B}=\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)V," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where <inline-formula><mml:math alttext="V" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the volume of gas confined within the envelope of the airship. Notice that the subscript <inline-formula><mml:math alttext="gas" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> refers to the gas properties. In the analysis, it is assumed that the gas (either hydrogen or helium), behaves also as an ideal gas, then <inline-formula><mml:math alttext="R_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is defined as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E12">
            <mml:math alttext="{}R_{gas}=\frac{R}{M_{gas}}\equiv\mbox{J/kg-K}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>≡</mml:mo>
                  <mml:mtext>J/kg-K</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where for hydrogen <inline-formula><mml:math alttext="M_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=2.016 kg/kgmole, while for helium <inline-formula><mml:math alttext="M_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=4.003 kg/kgmole.</p>
        <p id="S2.SS2.p6">The specific weights of the air and the gas that appear in Eq. (<xref rid="S2.E11">11</xref>) are defined as <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air}=\rho_{air}g" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas}=\rho_{gas}g" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
        <p id="S2.SS2.p7">Two aerostatic conditions of the airship are analyzed in this paper, in the first condition, it is assumed that airship is in the "taut" state, that is the airship is full of gas. In the second condition, it is assumed that the airship is in the flexible "limp" state, that is the airship is partially filled with gas. The "limp" word was taken by the British and the USA Navy, to give name to the flexible airships as "Blimps".</p>
        <p id="S2.SS2.p8">In the aerostatic analysis of the "taut" and "limp" conditions, it is assumed that the pressure of the gas is equal to the local pressure (at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>) of the atmospheric air (hence, <inline-formula><mml:math alttext="p_{gas}=p_{air}=p" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, see Eqs. (<xref rid="S2.E6">6</xref>) and (<xref rid="S2.E7">7</xref>)), and that the expansion of the gas is also governed by a polytropic process, hence the gas satifies the following equation</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E13">
            <mml:math alttext="{}p\left(\frac{1}{\gamma_{gas}}\right)^{k}=\mbox{const}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mtext>const</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where <inline-formula><mml:math alttext="k" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the gas polytropic coefficient. From the relationship:</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E14">
            <mml:math alttext="\frac{p}{p_{1}}=\left(\frac{\rho_{gas}}{\rho_{gas_{1}}}\right)^{k}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ρ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ρ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS2.p9">it is obtained</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E15">
            <disp-formula id="S2.E15X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{gas}=\gamma_{gas_{1}}\left[1+\frac{dT_{air}}{dz}\frac{z}{%&#10;T_{air_{1}}}\right]^{\frac{n}{k\left(n-1\right)}}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>d</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>i</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>r</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>d</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mstyle>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>r</mml:mi>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mstyle>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E15Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle=\gamma_{gas_{1}}\left[1-az\right]^{\frac{n}{k\left(n-1\right)}}." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>[</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>]</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
      </sec>
      <sec id="S2.SS3">
        <label>2.3</label>
        <title>Aerostatics of an airship in "taut" condition</title>
        <p id="S2.SS3.p1">In this condition, it is assumed that the aircraft is totally full of gas, and that the volume of the airship remains constant, independently of the ascending or descending maneuverings, however, the mass of the gas confined within the envelope may change (for instance when gas is released to the atmosphere). The hydrostatic stability of the airship is obtained when Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>) is derived with respect to the vertical direction <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> (and considering that the volume of the airship remains constant), that is (see [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>])</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E16">
            <mml:math alttext="{}\frac{dF_{R}}{dz}=\frac{dF_{B}}{dz}-\frac{dF_{T}}{dz}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>In the analysis, it is assumed that the total weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> does not change with respect to the vertical direction, then its derivative with respect to <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> is equal to zero. Hence from Eq. (<xref rid="S2.E16">16</xref>), and deriving Eq. (<xref rid="S2.E11">11</xref>), we may write</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E17">
            <mml:math alttext="{}\frac{dF_{R}}{dz}=\frac{dF_{B}}{dz}=V~{}\frac{d}{dz}\left(\gamma_{air}-%&#10;\gamma_{gas}\right)," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>which can be written as (using the hydrostatic equation, see Eq. (<xref rid="S2.E2">2</xref>))</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E18">
            <disp-formula id="S2.E18X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\frac{dF_{B}}{dz}=V~{}\frac{dp}{dz}\frac{d}{dp}\left(\gamma_{air}%&#10;-\gamma_{gas}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E18Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle=-V~{}\gamma_{air}\frac{d}{dp}\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}%&#10;\right)." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>d</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>p</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p2">Using Eqs. (<xref rid="S2.E6">6</xref>) and (<xref rid="S2.E13">13</xref>) it is possible to write</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E19">
            <mml:math alttext="\mbox{ln}\gamma_{air}=\frac{1}{n}\mbox{ln}p" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>and</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E20">
            <mml:math alttext="\mbox{ln}\gamma_{gas}=\frac{1}{k}\mbox{ln}p." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Taking the derivatives of Eqs. (<xref rid="S2.E19">19</xref>) and (<xref rid="S2.E20">20</xref>) we get</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E21">
            <mml:math alttext="d~{}\mbox{ln}\gamma_{air}=\frac{1}{n}d~{}\mbox{ln}p" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                  <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                  <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>and</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E22">
            <mml:math alttext="d~{}\mbox{ln}\gamma_{gas}=\frac{1}{k}d~{}\mbox{ln}p." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p3">Using the derivative rules</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E23">
            <mml:math alttext="\frac{d~{}\mbox{ln}\gamma}{d\gamma}=\frac{1}{\gamma}\mbox{~{}~{}~{}~{}~{}and~{%&#10;}~{}~{}~{}~{}~{}}\frac{d~{}\mbox{ln}p}{dp}=\frac{1}{p}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                      <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext> and </mml:mtext>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo lspace="0.330em">⁢</mml:mo>
                        <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>in Eqs. (<xref rid="S2.E21">21</xref>) and (<xref rid="S2.E22">22</xref>), we obtain</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E24">
            <mml:math alttext="{}\frac{d\gamma_{air}}{dp}=\frac{1}{n}\frac{\gamma_{air}}{p}" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>and</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E25">
            <mml:math alttext="{}\frac{d\gamma_{gas}}{dp}=\frac{1}{k}\frac{\gamma_{gas}}{p}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Substituting Eqs. (<xref rid="S2.E24">24</xref>) and (<xref rid="S2.E25">25</xref>) into Eq. (<xref rid="S2.E18">18</xref>), we get  [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>],</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E26">
            <mml:math alttext="{}\frac{dF_{B}}{dz}=-V\frac{\gamma_{air}}{p}\left(\frac{\gamma_{air}}{n}-\frac%&#10;{\gamma_{gas}}{k}\right)." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>or</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E27">
            <mml:math alttext="{}\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=-\frac{V}{n}\int_{z_{o}}^{\Delta z}\frac{%&#10;\gamma_{air}^{2}}{p}dz+\frac{V}{k}\int_{z_{o}}^{\Delta z}\frac{\gamma_{air}%&#10;\gamma_{gas}}{p}dz" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo lspace="0.167em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mo>∫</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msubsup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mi>p</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo lspace="0em">⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo lspace="0em">⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p4">Using Eqs. (<xref rid="S2.E7">7</xref>), (<xref rid="S2.E9">9</xref>) and (<xref rid="S2.E15">15</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E27">27</xref>), we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E28">
            <disp-formula id="S2.E28X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=-\frac{V}{nz_{o}}\gamma_{air_{o}}%&#10;\int_{z_{o}}^{\Delta z}\left[1-az\right]^{\frac{2-n}{n-1}}dz" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mi>V</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mo>∫</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>[</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>]</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo lspace="0em">⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E28Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle+\frac{V}{kz_{o}}\gamma_{gas_{o}}\int_{z_{o}}^{\Delta z}\left[1-%&#10;az\right]^{\frac{k(1-n)+n}{k(n-1)}}dz" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mo>∫</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>[</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>]</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo lspace="0em">⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p5">where <inline-formula><mml:math alttext="z_{o}=p_{o}/\gamma_{o}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Integrating Eq. (<xref rid="S2.E28">28</xref>), we have</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E29">
            <disp-formula id="S2.E29X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=\frac{V\gamma_{air_{o}}}{nz_{o}}%&#10;\frac{(n-1)}{a}\left[\left(1-az\right)^{\frac{1}{n-1}}\right]_{z_{o}}^{\Delta z}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>V</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E29Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle-\frac{V\gamma_{gas_{o}}}{kz_{o}}\frac{k(n-1)}{an}\left[\left(1-%&#10;az\right)^{\frac{n}{k(n-1)}}\right]_{z_{o}}^{\Delta z}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>V</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p6">If it is assumed that <inline-formula><mml:math alttext="z_{o}=0" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E30">
            <disp-formula id="S2.E30X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=\frac{V\gamma_{air_{o}}}{nz_{o}}%&#10;\frac{(n-1)}{a}\left[\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{1}{n-1}}-1\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>V</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E30Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle-\frac{V\gamma_{gas_{o}}}{kz_{o}}\frac{k(n-1)}{an}\left[\left(1-a%&#10;\Delta z\right)^{\frac{n}{k(n-1)}}-1\right]." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>V</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p>It is observed that</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E31">
            <mml:math alttext="\frac{n-1}{nz_{o}a}=1." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eq. (<xref rid="S2.E31">31</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E30">30</xref>), we obtain</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E32">
            <disp-formula id="S2.E32X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=\left[\gamma_{air_{o}}\left(1-a\Delta&#10;z%&#10;\right)^{\frac{1}{(n-1)}}\right." class="ltx_math_unparsed" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E32Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad-\left.\gamma_{gas_{o}}\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{n}{k(%&#10;n-1)}}\right]V" class="ltx_math_unparsed" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E32Xb">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad-\left(\gamma_{air_{o}}-\gamma_{gas_{o}}\right)V," display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p7">where <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the buoyancy forces at a height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and at the ground <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. If in Eq. (<xref rid="S2.E32">32</xref>), it is assumed that <inline-formula><mml:math alttext="k=n" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we obtain</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E33">
            <disp-formula id="S2.E33X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=\left(\gamma_{air_{o}}-\gamma_{gas_{o%&#10;}}\right)\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{1}{(n-1)}}V" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E33Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle-\left(\gamma_{air_{o}}-\gamma_{gas_{o}}\right)V." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p>From Eq. (<xref rid="S2.E33">33</xref>), the ballast formula proposed by  [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>] is obtained. Let's assume that at the ground <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the airship is in equilibrium, hence from Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>) we have <inline-formula><mml:math alttext="F_{R_{o}}=0" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{o}}=F_{T_{o}}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However at <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the pilot of the airship drops the ballast <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, at a certain height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the airship will be again in equilibrium, hence <inline-formula><mml:math alttext="F_{R_{\Delta z}}=0" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=F_{T_{\Delta z}}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Where</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E34">
            <mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=F_{T_{\Delta z}}=F_{T_{o}}-\Delta F_{T}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eq. (<xref rid="S2.E34">34</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E33">33</xref>) we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E35">
            <mml:math alttext="\left(F_{T_{o}}-\Delta F_{T}\right)-F_{T_{o}}=F_{B_{o}}\left(1-a\Delta z\right%&#10;)^{\frac{1}{(n-1)}}-F_{B_{o}}" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E36">
            <mml:math alttext="F_{B_{o}}=\left(\gamma_{air_{o}}-\gamma_{gas_{o}}\right)V." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Then Eq. (<xref rid="S2.E35">35</xref>) is reduced to</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E37">
            <mml:math alttext="-\Delta F_{T}=F_{B_{o}}\left[\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{1}{(n-1)}}-1\right]" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Where the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that the airship will rise after dropping the ballast can be obtained, that is</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E38">
            <mml:math alttext="\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left\{1-\frac{\Delta F_{T}}{F_{B_{o}}}\right\}^{n%&#10;-1}\right]," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>F</mml:mi>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>B</mml:mi>
                                    <mml:mi>o</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS3.p8">remember that <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> is equal to the initial weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
        <p id="S2.SS3.p9">An interesting situation appears when the airship is moored on the earth surface, or it is in takeoff or landing conditions. Under these conditions, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, in Eq. (<xref rid="S2.E38">38</xref>), corresponds to the force that the crew must exerts to maintain the airship on land, that is when <inline-formula><mml:math alttext="F_{R_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0. Then the force <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exerted by the crew gives an idea about the height that the airship will attain once the airship is released.</p>
        <sec id="S2.SS3.SSS1">
          <label>2.3.1</label>
          <title>Effect of temperature changes in the "taut" state</title>
          <p id="S2.SS3.SSS1.p1">From the buoyancy force equation at a given height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E39">
              <mml:math alttext="F_{B}=\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)V," display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>and from the state equation, see Eq. (<xref rid="S2.E4">4</xref>)</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E40">
              <mml:math alttext="\gamma_{air}=\frac{p}{B_{air}T_{air}}\mbox{~{}~{}~{}~{}and~{}~{}~{}~{}~{}}%&#10;\gamma_{gas}=\frac{p}{B_{gas}T_{gas}}," display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mtext> and </mml:mtext>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>we may write</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E41">
              <mml:math alttext="F_{B}=\frac{pV}{B_{air}}\left[\frac{1}{T_{air}}-\frac{\sigma}{T_{gas}}\right]," display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>V</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>where</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E42">
              <mml:math alttext="\sigma=\frac{B_{air}}{B_{gas}}=\left(\frac{p}{\gamma_{air}T_{air}}\right)\left%&#10;(\frac{\gamma_{gas}T_{gas}}{p}\right)=\frac{\gamma_{gas}T_{gas}}{\gamma_{air}T%&#10;_{air}}" display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>σ</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>In Eq. (<xref rid="S2.E42">42</xref>) it has been assumed that the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> of both the air and the gas is the same. Taking the derivative of Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>) with respect to <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, keeping the volume <inline-formula><mml:math alttext="V" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as constants, and using Eqs. (<xref rid="S2.E41">41</xref>) and (<xref rid="S2.E42">42</xref>) we have</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E43">
              <mml:math alttext="\frac{\partial F_{R}}{\partial T_{gas}}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}%&#10;}=\frac{V\gamma_{gas}}{T_{gas}}." display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>Notice that the product <inline-formula><mml:math alttext="V\gamma_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be written as</p>
          <p>
            <disp-formula-group id="S2.E44">
              <disp-formula id="S2.E44X">
                <mml:math alttext="\displaystyle V\gamma_{gas}=V\left(\frac{\gamma_{air}-\gamma_{gas}}{\gamma_{%&#10;air}-\gamma_{gas}}\right)\gamma_{gas}" display="inline">
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:math>
              </disp-formula>
              <disp-formula id="S2.E44Xa">
                <mml:math alttext="\displaystyle=\left[\frac{\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)V}{\frac{%&#10;\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}-1}\right]" display="inline">
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>V</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:math>
              </disp-formula>
              <disp-formula id="S2.E44Xb">
                <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{F_{B}\frac{\gamma_{gas}}{\gamma_{air}}}{1-\frac{\gamma_{%&#10;gas}}{\gamma_{air}}}=\frac{F_{B}\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}{1-\sigma\frac{T%&#10;_{air}}{T_{gas}}}" display="inline">
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>F</mml:mi>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>F</mml:mi>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:math>
              </disp-formula>
            </disp-formula-group>
          </p>
          <p id="S2.SS3.SSS1.p2">hence</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E45">
              <mml:math alttext="\frac{\partial F_{R}}{\partial T_{gas}}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}%&#10;}=\left(\frac{F_{B}}{T_{gas}}\right)\left(\frac{\sigma\frac{T{air}}{T_{gas}}}{%&#10;1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}\right)." display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>F</mml:mi>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>σ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>Similarly, taking the derivative of Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>) with respect to <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and keeping the volume <inline-formula><mml:math alttext="V" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as constants, and using Eqs. (<xref rid="S2.E41">41</xref>) and (<xref rid="S2.E42">42</xref>) we get</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E46">
              <mml:math alttext="\frac{\partial F_{R}}{\partial T_{air}}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{air}%&#10;}=-\left(\frac{F_{B}}{T_{air}}\right)\left(\frac{1}{1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{%&#10;gas}}}\right)." display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>F</mml:mi>
                              <mml:mi>B</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>σ</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>i</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>r</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>g</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>s</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p id="S2.SS3.SSS1.p3">The change of the buoyancy force is calculated as</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E47">
              <mml:math alttext="dF_{B}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}}dT_{gas}+\frac{\partial F_{B}}{%&#10;\partial T_{air}}dT_{air}." display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>F</mml:mi>
                              <mml:mi>B</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>F</mml:mi>
                              <mml:mi>B</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>For finite small temperature differences, Eq. (<xref rid="S2.E47">47</xref>) can be written as, see [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>],</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E48">
              <mml:math alttext="{}\Delta F_{B}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}}\Delta T_{gas}+\frac{%&#10;\partial F_{B}}{\partial T_{air}}\Delta T_{air}." display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>F</mml:mi>
                              <mml:mi>B</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>F</mml:mi>
                              <mml:mi>B</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>Using Eqs. (<xref rid="S2.E45">45</xref>) and (<xref rid="S2.E46">46</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E48">48</xref>) it is obtained</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E49">
              <mml:math alttext="\frac{\Delta F_{B}}{F_{B}}=\left(\frac{1}{1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}%&#10;\right)\left[\sigma\left(\frac{\Delta T_{gas}}{T_{gas}}\right)\left(\frac{T_{%&#10;air}}{T_{gas}}\right)-\frac{\Delta T_{air}}{T_{air}}\right]." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>σ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>g</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>s</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p>If in Eq. (<xref rid="S2.E49">49</xref>), it is considered that <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}=T_{air}=T" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we obtain</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E50">
              <mml:math alttext="\frac{\Delta F_{B}}{F_{B}}=\frac{\sigma\Delta T_{gas}-\Delta T_{air}}{T\left(1%&#10;-\sigma\right)}" display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
          <p id="S2.SS3.SSS1.p5">Notice that either Eq. (<xref rid="S2.E49">49</xref>) or Eq. (<xref rid="S2.E50">50</xref>) can be used in the ballast equation, Eq. (<xref rid="S2.E38">38</xref>) (that is, when <inline-formula><mml:math alttext="k=n" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) to obtain the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that the airship will change with respect to the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> at which <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are evaluated. Hence, the ballast equation Eq. (<xref rid="S2.E38">38</xref>), when <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}=T_{air}=T" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (and <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{B}/F_{B}=\Delta F_{T}/F_{B_{o}}" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), is written as</p>
          <p>
            <disp-formula id="S2.E51">
              <mml:math alttext="\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left\{1-\left(\frac{\sigma\Delta T_{gas}-\Delta T%&#10;_{air}}{T\left(1-\sigma\right)}\right)\right\}^{n-1}\right]," display="block">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>{</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                          <mml:mi>T</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mi>g</mml:mi>
                                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                            <mml:mi>a</mml:mi>
                                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                            <mml:mi>s</mml:mi>
                                          </mml:mrow>
                                        </mml:msub>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                          <mml:mi>T</mml:mi>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mi>a</mml:mi>
                                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                            <mml:mi>r</mml:mi>
                                          </mml:mrow>
                                        </mml:msub>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>T</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>(</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>)</mml:mo>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mfrac>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>}</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </p>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="S2.SS4">
        <label>2.4</label>
        <title>Aerostatics of an airship in flexible "limp" condition</title>
        <p id="S2.SS4.p1">In this operational condition, the gas within the envelope of the airship is free to expand or to compress (following a polytropic thermodynamical process) without the need to release gas. Then, the volume occupied by the gas can change, however the amount of gas inside the airship remains constant. If the weight of the gas inside the airship is calculated as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E52">
            <mml:math alttext="{}W_{gas}=\gamma_{gas}V," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where <inline-formula><mml:math alttext="V" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the volume occupied by the gas.</p>
        <p id="S2.SS4.p2">Using Eq. (<xref rid="S2.E52">52</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E1">1</xref>) we write</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E53">
            <disp-formula id="S2.E53X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{R}=\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)V-F_{T}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E53Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle=\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)\left(\frac{W_{gas}}{%&#10;\gamma_{gas}}\right)-F_{T}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>W</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E53Xb">
              <mml:math alttext="\displaystyle=W_{gas}\left[\frac{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}-1\right]-F_{T}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p3">The hydrostatic stability of an airship in a "limp" state is obtained by taking the derivative of Eq. (<xref rid="S2.E53">53</xref>) with respect to the vertical coordinate <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and keeping <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the total weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as constant values, that is</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E54">
            <disp-formula id="S2.E54X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\frac{dF_{R}}{dz}=\frac{dF_{B}}{dz}=W_{gas}\frac{d}{dz}\left(%&#10;\frac{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}-1\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E54Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle=W_{gas}\frac{dp}{dz}\frac{d}{dp}\left[\frac{\gamma_{air}}{\gamma%&#10;_{gas}}-1\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p4">Following the same procedure from which it was obtained Eq. (<xref rid="S2.E26">26</xref>), it is possible to write the following expression [<xref rid="ref017" ref-type="bibr">17</xref>],</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E55">
            <mml:math alttext="{}\frac{dF_{B}}{dz}=-\frac{W_{gas}\gamma_{air}^{2}}{\gamma_{gas}p}\left(\frac{%&#10;1}{n}-\frac{1}{k}\right)." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>W</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eqs. (<xref rid="S2.E7">7</xref>), (<xref rid="S2.E9">9</xref>) and (<xref rid="S2.E15">15</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E55">55</xref>) we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E56">
            <disp-formula id="S2.E56X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=-\frac{W_{gas}\gamma_{air_{o}}}{%&#10;\gamma_{gas_{o}}z_{o}}\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{k}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>W</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E56Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\int_{z_{o}}^{\Delta z}\left(1-az\right)^{\frac{k(2-n)%&#10;-n}{k(n-1)}}dz." class="ltx_math_unparsed" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p5">Integrating Eq. (<xref rid="S2.E56">56</xref>), we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E57">
            <disp-formula id="S2.E57X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=\frac{W_{gas}\gamma_{air_{o}}}{%&#10;\gamma_{gas_{o}}z_{o}}\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{k}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>W</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E57Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left(\frac{k(n-1)}{a(k-n)}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E57Xb">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left[\left(1-az\right)^{\frac{k-n}{k(n-1)}}\right]_{z%&#10;_{o}}^{\Delta z}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p6">If it is assumed that <inline-formula><mml:math alttext="z_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0, we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E58">
            <disp-formula id="S2.E58X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\int_{z_{o}}^{\Delta z}dF_{B}=\frac{W_{gas}\gamma_{air_{o}}}{%&#10;\gamma_{gas_{o}}z_{o}}\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{k}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>o</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo lspace="0em" rspace="0em">𝑑</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>W</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E58Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left(\frac{k(n-1)}{a(k-n)}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E58Xb">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left[\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{k-n}{k(n-1)}}-1\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p8">From Eq. (<xref rid="S2.E31">31</xref>) it is observed that <inline-formula><mml:math alttext="a=(n-1)/(nz_{o})" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then we can write the following expression</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E59">
            <mml:math alttext="\frac{k(n-1)}{a(k-n)}=\frac{knz_{o}}{\left(k-n\right)}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eq. (<xref rid="S2.E59">59</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E58">58</xref>), we get</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E60">
            <disp-formula id="S2.E60X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=\frac{knW_{gas}\gamma_{air_{o}}}{(k-n%&#10;)\gamma_{gas_{o}}}\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{k}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>W</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E60Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left[\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{k-n}{k(n-1)}}-1\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E60Xb">
              <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{W_{gas}\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}}\left[\left(1-a%&#10;\Delta z\right)^{\frac{k-n}{k(n-1)}}-1\right]," display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>W</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p9">where <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the buoyancy forces at the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and at the ground <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Equation (<xref rid="S2.E60">60</xref>) can also be written as</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E61">
            <disp-formula id="S2.E61X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=W_{gas}\left[\frac{\gamma_{air_{o}}%&#10;\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{1}{(n-1)}}}{\gamma_{gas_{o}}\left(1-a\Delta z%&#10;\right)^{\frac{n}{k(n-1)}}}\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mi>o</mml:mi>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E61Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad-\frac{W_{gas}\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}}" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>W</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mi>o</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p10">Using Eqs. (<xref rid="S2.E9">9</xref>) and (<xref rid="S2.E15">15</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E61">61</xref>) we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E62">
            <mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=W_{gas}\left(\frac{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}%&#10;\right)-W_{gas}\left(\frac{\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}}\right)." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Resting and summing <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the first and in the second terms on the right hand side of the Eq. (<xref rid="S2.E62">62</xref>), it is obtained</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E63">
            <disp-formula id="S2.E63X">
              <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}-F_{B_{o}}=W_{gas}\left[\left(\frac{\gamma_{air}%&#10;}{\gamma_{gas}}\right)-1\right]" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E63Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad-W_{gas}\left[\left(\frac{\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}%&#10;}\right)-1\right]," display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>r</mml:mi>
                                      <mml:mi>o</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>s</mml:mi>
                                      <mml:mi>o</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mstyle>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p11">which are the expressions for the buoyancy forces at the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, see Eq. (<xref rid="S2.E53">53</xref>).</p>
        <p id="S2.SS4.p12">A ballast formula can also be obtained from Eq. (<xref rid="S2.E60">60</xref>). Again, let's assume that at the ground, <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the airship is in equilibrium, hence we have <inline-formula><mml:math alttext="F_{R_{o}}=0" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{o}}=F_{T_{o}}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. At <inline-formula><mml:math alttext="z=0" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the crew drops the ballast <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, in such away that at the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the airship will be again in equilibrium, then <inline-formula><mml:math alttext="F_{R_{\Delta z}}=0" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, hence <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=F_{T_{\Delta z}}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, but <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=F_{T_{\Delta z}}=F_{T_{o}}-\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Using these last relationships in Eq. (<xref rid="S2.E60">60</xref>) we have</p>
        <p>
          <disp-formula-group id="S2.E64">
            <disp-formula id="S2.E64X">
              <mml:math alttext="\displaystyle\left(F_{T_{o}}-\Delta F_{T}\right)-F_{T_{o}}=W_{gas}\left(\frac{%&#10;\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}}\right)" display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>F</mml:mi>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mi>o</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
            <disp-formula id="S2.E64Xa">
              <mml:math alttext="\displaystyle\quad\times\left[\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{k-n}{k(n-1)}}-1%&#10;\right]." display="inline">
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi/>
                    <mml:mo lspace="1.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:math>
            </disp-formula>
          </disp-formula-group>
        </p>
        <p id="S2.SS4.p13">from which it is obtained</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E65">
            <mml:math alttext="\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left\{1-\frac{\Delta F_{T}}{W_{gas}\left(\frac{%&#10;\gamma_{air_{o}}}{\gamma_{gas_{o}}}\right)}\right\}^{\frac{k(n-1)}{k-n}}\right]." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mi>T</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>W</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>g</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>s</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mfrac>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:msub>
                                            <mml:mi>r</mml:mi>
                                            <mml:mi>o</mml:mi>
                                          </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>g</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:msub>
                                            <mml:mi>s</mml:mi>
                                            <mml:mi>o</mml:mi>
                                          </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
      </sec>
      <sec id="S2.SS5">
        <label>2.5</label>
        <title>Effect of temperature changes in the "limp" state</title>
        <p id="S2.SS5.p1">Using Eq. (<xref rid="S2.E42">42</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E53">53</xref>) the resultant force <inline-formula><mml:math alttext="F_{R}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the limp state is written as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E66">
            <mml:math alttext="F_{R}=W_{gas}\left[\frac{1}{\sigma}\frac{T_{gas}}{T_{air}}-1\right]-F_{T}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mi>σ</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS5.p2">Taking the derivative of Eq. (<xref rid="S2.E66">66</xref>) with respect to <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and keeping the weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as constants we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E67">
            <mml:math alttext="\frac{\partial F_{R}}{\partial T_{air}}=\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{air}%&#10;}=-\frac{W_{gas}T_{gas}}{\sigma T_{air}^{2}}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>W</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eqs. (<xref rid="S2.E42">42</xref>) and (<xref rid="S2.E52">52</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E67">67</xref>) we get</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E68">
            <mml:math alttext="\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{air}}=-\frac{V\gamma_{air}}{T_{air}}," display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>where <inline-formula><mml:math alttext="V\gamma_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is written as</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E69">
            <mml:math alttext="V\gamma_{air}=V\frac{\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)}{\left(\gamma_{air%&#10;}-\gamma_{gas}\right)}\gamma_{air}=\frac{F_{B}}{1-\frac{\gamma_{gas}}{\gamma_{%&#10;air}}}=\frac{F_{B}}{1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eq. (<xref rid="S2.E69">69</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E68">68</xref>), it is obtained</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E70">
            <mml:math alttext="\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{air}}=-\frac{F_{B}}{T_{air}}\left[\frac{1}{1%&#10;-\sigma\frac{T_{air}}{T{gas}}}\right]." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>σ</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Similarly, taking the derivative of Eq. (<xref rid="S2.E66">66</xref>) with respect to <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and keeping the weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the pressure <inline-formula><mml:math alttext="p" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the weight of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as constants we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E71">
            <mml:math alttext="{}\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}}=\frac{W_{gas}}{\sigma T_{air}}=\frac%&#10;{W_{gas}}{\left(\frac{\gamma_{gas}}{\gamma_{air}}\frac{T_{gas}}{T_{air}}\right%&#10;)T_{air}}=\frac{V\gamma_{gas}\gamma_{air}}{\gamma_{gas}T_{gas}}=\frac{V\gamma_%&#10;{air}}{T_{gas}}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>W</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS5.p3">Using Eq. (<xref rid="S2.E69">69</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E71">71</xref>), we get</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E72">
            <mml:math alttext="\frac{\partial F_{B}}{\partial T_{gas}}=\frac{F_{B}}{T_{gas}}\left[\frac{1}{1-%&#10;\sigma\frac{T_{air}}{T{gas}}}\right]." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo rspace="0em">∂</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>For finite small temperature differences (see Eq. (<xref rid="S2.E47">47</xref>)), and using Eqs. (<xref rid="S2.E70">70</xref>) and (<xref rid="S2.E72">72</xref>) in Eq. (<xref rid="S2.E48">48</xref>), we get</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E73">
            <mml:math alttext="{}\frac{\Delta F_{B}}{F_{B}}=\left(\frac{1}{1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}%&#10;\right)\left[\frac{\Delta T_{gas}}{T_{gas}}-\frac{\Delta T_{air}}{T_{air}}%&#10;\right]." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p id="S2.SS5.p4">If in Eq. (<xref rid="S2.E73">73</xref>) it is considered that <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}=T_{air}=T" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we obtain</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E74">
            <mml:math alttext="{}\frac{\Delta F_{B}}{F_{B}}=\frac{\Delta T_{gas}-\Delta T_{air}}{T\left(1-%&#10;\sigma\right)}." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Notice that either Eq. (<xref rid="S2.E73">73</xref>) or Eq. (<xref rid="S2.E74">74</xref>) can be used in the ballast equation, Eq. (<xref rid="S2.E65">65</xref>), where the term <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}\gamma_{air}/\gamma_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can be written as (see Eq. (<xref rid="S2.E69">69</xref>))</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E75">
            <mml:math alttext="W_{gas}\left(\frac{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}\right)=V\gamma_{gas}\left(\frac%&#10;{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}\right)=V\gamma_{air}=\frac{F_{B}}{1-\frac{\gamma_%&#10;{gas}}{\gamma_{air}}}" display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>Using Eq. (<xref rid="S2.E75">75</xref>) in the ballast formula Eq. (<xref rid="S2.E65">65</xref>) (when <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{B}/F_{B}=\Delta F_{T}/F_{B}" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E76">
            <mml:math alttext="\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left\{1-\frac{\Delta F_{B}}{F_{B}}\left(1-\frac{%&#10;\gamma_{gas}}{\gamma_{air}}\right)\right\}^{\frac{k(n-1)}{k-n}}\right]." display="block">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>F</mml:mi>
                                      <mml:mi>B</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mi>B</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mfrac>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>g</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>s</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>r</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mfrac>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
        <p>When <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}=T_{air}=T" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that the airship will change with respect respect to the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> at which <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are evaluated, is obtained when Eq. (<xref rid="S2.E74">74</xref>) is used in Eq. (<xref rid="S2.E76">76</xref>), hence we have</p>
        <p>
          <disp-formula id="S2.E77">
            <mml:math alttext="\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left\{1-\frac{\left(\Delta T_{gas}-\Delta T_{air}%&#10;\right)}{T\left(1-\sigma\right)}\left(1-\frac{\gamma_{gas}}{\gamma_{air}}%&#10;\right)\right\}^{\frac{k(n-1)}{k-n}}\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>{</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>T</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>g</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>s</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>T</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>a</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                          <mml:mi>r</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>a</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>a</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mfrac>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>}</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="S3">
      <label>3.</label>
      <title>Results and Discussion</title>
      <p id="S3.p1">In this section we present the solution of the Weaver and Pickering (1923) proposed set of hydrostatic problems that were solved using the "slide rule", by the pilots of the US "Blimps", as a part of their training.</p>
      <p id="S3.p2">The use of slide rule was required by the USA Navy, due to the success of a previous slide rule named the Scott-Teed rule, that was used by the British airships pilots  [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>].</p>
      <p id="S3.p3">The solution of these real life situations/problems has been explained below as case studies. It is assumed that the gas within the envelope of the airship is hydrogen and that the atmosphere is a standard one. In the problems, it is assumed that the airship has a total volume of 6880.9 m3 (243,000 cubic feet).</p>
      <p id="S3.p4">
        <bold>Case study 1</bold>
      </p>
      <p id="S3.p5">To calculate the total lifting power of an airship of <inline-formula><mml:math alttext="V" display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>=6880.99 m<sup>3</sup> (243,000 cubic feet) capacity at an altitude of 1524 m (5,000 feet), if the barometer reading at the ground is 101305.5 Pa (30 inches) and the air temperature 288.7 K (60 <sup>o</sup>F) and the hydrogen is 95 per cent pure.</p>
      <p id="S3.p6">It is assumed that the airship is in the "taut" state. The polytropic coefficients of the air and gas are <inline-formula><mml:math alttext="n" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1.2349 and <inline-formula><mml:math alttext="k=" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi/></mml:mrow></mml:math></inline-formula>1.4, respectively. The value of the coefficient <inline-formula><mml:math alttext="a" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is evaluated from Eq. (<xref rid="S2.E10">10</xref>), then</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E1">
          <mml:math alttext="a=-\frac{1}{T_{o}}\frac{dT}{dz}=-\frac{1}{288.7}\left(-0.0065\right)=2.251%&#10;\times 10^{-5}~{}~{}\mbox{1/m}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mn>288.7</mml:mn>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.0065</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2.251</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>5</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext>1/m</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p7">On the surface of the earth (<inline-formula><mml:math alttext="z_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0 m) where <inline-formula><mml:math alttext="p_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=101305.5 Pa and <inline-formula><mml:math alttext="T_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=288.7 K, the specific weights of the air and the gas are calculated from the state equation, see Eq. (<xref rid="S2.E3">3</xref>), hence</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E2">
          <mml:math alttext="\gamma_{air_{o}}=\frac{p_{o}g}{R_{air}T_{o}}=\frac{(101305.5)(9.80665)}{(287.0%&#10;4)(288.7)}=11.98\mbox{~{}N/m\supios{3}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>101305.5</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>9.80665</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>287.04</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>288.7</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11.98</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>and</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E3">
          <disp-formula id="S3.E3X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{gas_{o}}=\frac{p_{o}g}{R_{gas}T_{o}}=\frac{p_{o}g}{\frac{%&#10;R}{M_{gas}}T_{o}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E3Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{(101305.5)(9.80665)}{\left(\frac{8314.51}{2.016}\right)(28%&#10;8.7)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>101305.5</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>9.80665</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>8314.51</mml:mn>
                          <mml:mn>2.016</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>288.7</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E3Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=0.834\ \mbox{N/m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>0.834</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p8">The buoyancy force <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z=1524" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1524</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> m is calculated from Eq. (<xref rid="S2.E32">32</xref>), hence</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E4">
          <disp-formula id="S3.E4X">
            <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{\Delta z}}=\left[\gamma_{air_{o}}\left(1-a\Delta z\right)^%&#10;{\frac{1}{(n-1)}}\right." class="ltx_math_unparsed" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E4Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle\quad-\left.\gamma_{gas_{o}}\left(1-a\Delta z\right)^{\frac{n}{k(%&#10;n-1)}}\right]V" class="ltx_math_unparsed" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:msup>
                <mml:mo>]</mml:mo>
                <mml:mi>V</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E4Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=66061.458\ \mbox{N}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>66061.458</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>N</mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p9">Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] suggest to modify the buoyancy force by 0.95 (percent of the hydrogen purity) hence <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi/></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (0.95)(66061.458)=62758.386 N. Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] reported a value of <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi/></mml:mrow></mml:math></inline-formula> 62453 N (14,040 pounds). Then we have a percentage error equal to 0.48 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p10">
        <bold>Case study 2</bold>
      </p>
      <p id="S3.p11">We calculate the initial gas mass in an airship in order to reach an altitude of 2438.4 m (8,000 feet) without losing gas.</p>
      <p id="S3.p12">As the airship is assumed to be in the "limp" state, the amount of gas (that is the weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) within the airship remains constant. From Eq. (<xref rid="S2.E52">52</xref>), the weight of the gas at the surface <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=0, and at the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>= 2438.4 m, is given by</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E5">
          <mml:math alttext="{}W_{gas}=\gamma_{gas_{o}}V_{o}\mbox{~{}~{}~{}~{}and~{}~{}~{}~{}~{}}W_{gas}=%&#10;\gamma_{gas_{\Delta z}}V_{gas_{\Delta z}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext> and </mml:mtext>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>respectively. Equating both Eqs. (<xref rid="S3.E5">5</xref>) we get</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E6">
          <mml:math alttext="{}\gamma_{gas_{o}}V_{o}=\gamma_{gas_{\Delta z}}V_{gas_{\Delta z}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>from which the ratio <inline-formula><mml:math alttext="V_{o}/V_{gas_{\Delta z}}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained, that is</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E7">
          <mml:math alttext="{}\frac{V_{o}}{V_{gas_{\Delta z}}}=\frac{\gamma_{gas_{\Delta z}}}{\gamma_{gas_%&#10;{o}}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>Taken the values of the parameters at the start to be the same as the values at the ground (<inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=0) of the problem 1, we obtain <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0.834 N/m<sup>3</sup>, and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is calculated from Eq. (<xref rid="S2.E15">15</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E8">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas_{\Delta z}}=\gamma_{gas_{o}}\left[1-a\Delta z\right]^{\frac{n}{k%&#10;\left(n-1\right)}}=0.6749\mbox{~{}N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.6749</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>Hence</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E9">
          <mml:math alttext="\frac{V_{o}}{V_{gas_{\Delta z}}}=\frac{\gamma_{gas_{\Delta z}}}{\gamma_{gas_{o%&#10;}}}=0.809." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0.809</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>The initial volume of the airship is 80.9<inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> of the volume that it will have at an altitude of 2438.4 m (without lost of gas). Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 78 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This means that we have a percentage error equal to 3.71 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p13">
        <bold>Case study 3</bold>
      </p>
      <p id="S3.p14">An airship is in equilibrium at a height of 609.6 m (2,000 feet). The pilot estimates that the ship is 90 per cent full and that the total weight of the ship and its load is 48930.4 N (11,000 pounds). We calculate how much ballast must be dropped to rise to a height of 1828.8 m (6,000 feet).</p>
      <p id="S3.p15">The airship is in the "limp" state. Then, the weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the airship remains constant. From the balance force equation, see Eq. (<xref rid="S2.E53">53</xref>), at the height <inline-formula><mml:math alttext="z_{1}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>= 609.6 m, the airship is in equilibrium <inline-formula><mml:math alttext="F_{R}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0, then <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}=F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, hence we have</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E10">
          <mml:math alttext="{}\left(\gamma_{air_{1}}-\gamma_{gas_{1}}\right)V_{1}=F_{T_{1}}" display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>F</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p17">The airship is flying in a standard atmosphere. The parameters at the surface have the following values <inline-formula><mml:math alttext="T_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=288.15 K, <inline-formula><mml:math alttext="p_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=101325 Pa, <inline-formula><mml:math alttext="g" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>=9.80665 m/s<sup>2</sup>, <inline-formula><mml:math alttext="a" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>=2.255 <inline-formula><mml:math alttext="\times" display="inline"><mml:mo>×</mml:mo></mml:math></inline-formula> 10<sup>-5</sup> 1/m. Hence from the state equation the specific weights of the gas and the air are <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=12.012 N/m<sup>3</sup> and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0.836 N/m<sup>3</sup>, respectively.</p>
      <p id="S3.p18">where</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E11">
          <disp-formula id="S3.E11X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{air_{1}}=\gamma_{air_{o}}\left[1-az_{1}\right]^{\frac{1}{%&#10;(n-1)}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E11Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=12.012\left[1-(2.255\times 10^{-5})(609.6)\right]^{\frac{1}{(1.2%&#10;349-1)}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12.012</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2.255</mml:mn>
                              <mml:mo lspace="0.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mn>10</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>5</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mn>609.6</mml:mn>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E11Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=11.32\ \mbox{N/m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>11.32</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E12">
          <disp-formula id="S3.E12X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{gas_{1}}=\gamma_{gas_{o}}\left[1-az_{1}\right]^{\frac{n}{%&#10;k\left(n-1\right)}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E12Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=0.836\left[1-(2.255\times 10^{-5})(609.6)\right]^{\frac{1.2349}{%&#10;1.4(1.2349-1)}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.836</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2.255</mml:mn>
                              <mml:mo lspace="0.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mn>10</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>5</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                            <mml:mn>609.6</mml:mn>
                            <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1.4</mml:mn>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E12Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=0.7937\ \mbox{N/m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>0.7937</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p20">Then <inline-formula><mml:math alttext="V_{1}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be obtained as</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E13">
          <disp-formula id="S3.E13X">
            <mml:math alttext="\displaystyle V_{1}=\frac{F_{T_{1}}}{\left(\gamma_{air_{1}}-\gamma_{gas_{1}}%&#10;\right)}=\frac{48930.4}{\left(11.32-0.7937\right)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>48930.4</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>11.32</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.7937</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E13Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=4720.733\ \mbox{m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>4720.733</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p21">From Eq. (<xref rid="S2.E63">63</xref>), it is possible to write</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E14">
          <disp-formula id="S3.E14X">
            <mml:math alttext="\displaystyle F_{B_{2}}-F_{B_{1}}=W_{gas}\left[\left(\frac{\gamma_{air_{2}}}{%&#10;\gamma_{gas_{2}}}\right)-1\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E14Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle\quad-W_{gas}\left[\left(\frac{\gamma_{air_{1}}}{\gamma_{gas_{1}}%&#10;}\right)-1\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p22">or</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E15">
          <disp-formula id="S3.E15X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\left(F_{B_{1}}-\Delta F_{T}\right)-F_{B_{1}}=W_{gas}\left[\left(%&#10;\frac{\gamma_{air_{2}}}{\gamma_{gas_{2}}}\right)-\left(\frac{\gamma_{air_{1}}}%&#10;{\gamma_{gas_{1}}}\right)\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>B</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>F</mml:mi>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E15Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\gamma_{gas_{1}}V_{1}\left[\left(\frac{\gamma_{air_{2}}}{\gamma_%&#10;{gas_{2}}}\right)-\left(\frac{\gamma_{air_{1}}}{\gamma_{gas_{1}}}\right)\right]," display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>V</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>g</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p23">or</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S4.EGx1">
          <disp-formula id="S3.E16">
            <mml:math alttext="\displaystyle\Delta F_{T}=-V_{1}\left[\gamma_{gas_{1}}\left(\frac{\gamma_{air_%&#10;{2}}}{\gamma_{gas_{2}}}\right)-\gamma_{air_{1}}\right]," display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>V</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>γ</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>s</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mstyle displaystyle="true">
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>i</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>g</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>a</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                              </mml:mstyle>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p>where</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E17">
          <mml:math alttext="\gamma_{air_{2}}=\gamma_{air_{o}}\left[1-az_{2}\right]^{\frac{1}{\left(n-1%&#10;\right)}}=10.04\mbox{~{}N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10.04</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E18">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas_{2}}=\gamma_{gas_{o}}\left[1-az_{2}\right]^{\frac{n}{k\left(n-1%&#10;\right)}}=0.7137\mbox{~{}N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.7137</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p25">Substituting the values of <inline-formula><mml:math alttext="V_{1}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{2}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{2}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Eq. (<xref rid="S3.E16">16</xref>), it is obtained <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{T}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=901.8 N. Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 934.12 N (210 pounds). Hence we have a percentage error equal to 3.45 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p26">
        <bold>Case study 4</bold>
      </p>
      <p id="S3.p27">To calculate then the lifting power of a balloon (airship) with total load (in equilibrium) being 60050.97 N (13,500 pounds). It is assumed that the temperature of the air is 272.03 K (30<sup>o</sup>F) and the temperature of the gas is 280.37 K (45<sup>o</sup>F). It is also assumed that no gas is lost until after sunset, when the temperature of gas and air will become equal.</p>
      <p id="S3.p28">It is assumed that the airship is in "limp" state. From Eq. (<xref rid="S2.E73">73</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E19">
          <mml:math alttext="{}\Delta F_{B}=F_{B}\left(\frac{1}{1-\sigma\frac{T_{air}}{T_{gas}}}\right)%&#10;\left[\frac{\Delta T_{gas}}{T_{gas}}-\frac{\Delta T_{air}}{T_{air}}\right]" display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>⁢</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p29">where <inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=272.03 K, <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=280.37 K, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=272.03-280.37=-8.33 K, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=0 K, <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=60050.97 N and <inline-formula><mml:math alttext="\sigma" display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="B_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>/<inline-formula><mml:math alttext="B_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=29.271/420.557=0.0696. Then, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta F_{B}=" display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi/></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-1913.38 N. Hence the buoyancy force is <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=60050.97+(-1913.38)=58137.59 N. Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 56803.76 N (12,770 pounds). Hence we have a percentage error equal to 2.34 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p30">
        <bold>Case study 5</bold>
      </p>
      <p id="S3.p31">When an airship of 6880.99 m<sup>3</sup> (243,000 cubic feet) capacity reaches the summit of its flight, the barometer is observed to read 74301.33 Pa (22 inches), the temperature of the gas is 272.04 K (30<sup>o</sup>F), and its purity 98 per cent. For the above situation lifting power of the ship is calculated when the air temperature is 283.15 K (50<sup>o</sup>F) and the gas temperature is 291.48 K (65<sup>o</sup>F).</p>
      <p id="S3.p32">Assuming that the airship is in the "limp" state, the height where the airship reaches the summit of its flight, the temperature of the gas is equal to the temperature of the air, that is <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="T_{air}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=272.03 K. From the state equation, the specific weights of the gas and the air, at this height are calculated as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E20">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas}=\frac{p}{B_{gas}T}=\frac{74301.33}{(420.55)(272.04)}=0.649~{}~{}~%&#10;{}\mbox{N/m\supios{3}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>74301.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>420.55</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>272.04</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.649</mml:mn>
                  <mml:mo lspace="0.990em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E21">
          <mml:math alttext="\gamma_{air}=\frac{p}{B_{air}T}=\frac{74301.33}{(29.271)(272.04)}=9.33~{}~{}~{%&#10;}\mbox{N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>74301.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>29.271</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>272.04</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>9.33</mml:mn>
                  <mml:mo lspace="0.990em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p33">The weight of the gas at this height is calculated as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E22">
          <mml:math alttext="W_{gas}=V\gamma_{gas}=(6880.99)(0.649)=4468.78\mbox{~{}N}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                    <mml:mn>6880.99</mml:mn>
                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                    <mml:mn>0.649</mml:mn>
                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4468.78</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext> N</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>At the summit the buoyancy force is calculated as</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E23">
          <disp-formula id="S3.E23X">
            <mml:math alttext="\displaystyle F_{B}=W_{gas}\left[\frac{\gamma_{air}}{\gamma_{gas}}-1\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E23Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=4468.78\left[\frac{9.33}{0.649}-1\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4468.78</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>9.33</mml:mn>
                          <mml:mn>0.649</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E23Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=59735.40\ \mbox{N}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>59735.40</mml:mn>
                  <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext>N</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p34">From Eq. (<xref rid="S2.E74">74</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E24">
          <mml:math alttext="{}\Delta F_{B}=F_{B}\left(\frac{\Delta T_{gas}-\Delta T_{air}}{T\left(1-\sigma%&#10;\right)}\right)," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>where <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{gas}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=291.48-272.04=19.44 K, <inline-formula><mml:math alttext="\Delta T_{air}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=283.15-272.04=11.11 K and <inline-formula><mml:math alttext="\sigma" display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>=0.0696. Then from Eq. (<xref rid="S2.E74">74</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E25">
          <mml:math alttext="{}\Delta F_{B}=59730.79\left(\frac{19.44-11.11}{272.04\left(1-0.0696\right)}%&#10;\right)=1966.67\mbox{~{}~{}N}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>59730.79</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>19.44</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>11.11</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>272.04</mml:mn>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>0.0696</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1966.67</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext> N</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>Hence the buoyancy force is <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=59735.40+1966.67=61702.075 N. However the purity of the gas is 98<inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the we have <inline-formula><mml:math alttext="F_{B}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=0.98(61702.075)=60468.035 N. Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 60629.23 N (13630 pounds). Hence we have a percentage error equal to 0.26 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p35">
        <bold>Case study 6</bold>
      </p>
      <p id="S3.p36">To calculate the height of an airship of 6880.99 m<sup>3</sup> (243,000 cubic feet) capacity rise with a load of 40033.99 N (9,000 pounds) if it filled with 98 per cent hydrogen, the barometer reads 84433.33 Pa (25 inches), and the air temperature is 299.81 K (80<sup>o</sup>F).</p>
      <p id="S3.p37">It is assumed the airship is in "limp" state. From Eq. (<xref rid="S2.E63">63</xref>),</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E26">
          <mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}=W_{gas}\left[\left(\frac{\gamma_{air_{\Delta z}}}{\gamma_{gas%&#10;_{\Delta z}}}\right)-1\right]." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>W</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>At the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> at which the measurements were taken and the volume is 98 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> of the total volume <inline-formula><mml:math alttext="V_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=6880.99 m<sup>3</sup>, that is <inline-formula><mml:math alttext="V_{z}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=(0.98)<inline-formula><mml:math alttext="V_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=(0.98)(6880.99)=6743.37 m<sup>3</sup>, the gas specific weight is</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E27">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas_{z}}=\frac{p_{z}}{B_{gas}T_{z}}=\frac{84433.33}{(420.557)(299.80)}%&#10;=0.6696\mbox{~{}N/m\supios{3}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>84433.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>420.557</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>299.80</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.6696</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>while the air specific weight is</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E28">
          <mml:math alttext="\gamma_{air_{z}}=\frac{p_{z}}{B_{air}T_{z}}=\frac{84433.33}{(29.271)(299.80)}=%&#10;9.62\mbox{~{}N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>84433.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>29.271</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>299.80</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>9.62</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>The weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which remains constant, is evaluated at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E29">
          <mml:math alttext="W_{gas}=\gamma_{gas_{z}}V_{z}=(0.6696)(6743.37)=4515.64\mbox{~{}N}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                    <mml:mn>0.6696</mml:mn>
                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                    <mml:mn>6743.37</mml:mn>
                    <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4515.64</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext> N</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>The specific weight of the gas at the new vertical position <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is calculated as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E30">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas_{\Delta z}}=\frac{W_{gas}}{V_{T}}=\frac{4515.64}{6880.99}=0.656%&#10;\mbox{~{}N/m\supios{3}}" display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>γ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>g</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>4515.64</mml:mn>
                <mml:mn>6880.99</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>0.656</mml:mn>
                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                    <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                  </mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>At the height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the buoyancy force of the airship <inline-formula><mml:math alttext="F_{B_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> is in equilibrium with the load 40033.99 N, then Eq. (<xref rid="S3.E26">26</xref>) can be written as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E31">
          <mml:math alttext="40033.99=4515.64\left[\left(\frac{\gamma_{air_{\Delta z}}}{0.656}\right)-1%&#10;\right]," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>40033.99</mml:mn>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4515.64</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mn>0.656</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>from which, <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=6.474 N/m<sup>3</sup>. Using this value of <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{air_{\Delta z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Eq. (<xref rid="S2.E9">9</xref>), we get</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E32">
          <mml:math alttext="{}\gamma_{air_{\Delta z}}=\gamma_{air_{z}}\left[1-a\Delta z\right]^{\frac{1}{n%&#10;-1}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p38">The height <inline-formula><mml:math alttext="\Delta z" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given as</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E33">
          <disp-formula id="S3.E33X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\Delta z=\frac{1}{a}\left[1-\left(\frac{\gamma_{air_{\Delta z}}}{%&#10;\gamma_{air_{z}}}\right)^{n-1}\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                      <mml:mi>z</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>γ</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E33Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{1}{2.251\times 10^{5}}\left[1-\left(\frac{6.474}{9.62}%&#10;\right)^{1.2349-1}\right]" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>2.251</mml:mn>
                        <mml:mo lspace="0.222em" rspace="0.222em">×</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mn>10</mml:mn>
                          <mml:mn>5</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mn>6.474</mml:mn>
                              <mml:mn>9.62</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E33Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=3946.96\ \mbox{m}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>3946.96</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>m</mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p39">Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 4023.36 N (13200 feet). Hence we have a percentage error equal to 1.89 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p40">
        <bold>Case study 7</bold>
      </p>
      <p id="S3.p41">The total weight of the ship of 6880.9 m<sup>3</sup> (243,000 cubic feet) capacity and its load is 66723.3 N (15,000 pounds). It is just in equilibrium at a barometric pressure of 104697.33 Pa (31 inches) and an air temperature of 283.15 K (50<sup>o</sup>F). The purity of the hydrogen is 94 per cent. We calculate the increase in liting power of the ship if pure hydrogen is used to fill the bag.</p>
      <p id="S3.p42">The airship does not change its vertical position and it is assumed to be in "limp" state. It is further assumed that the gas and the air have the same temperature, that is <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="T_{air_{1}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="T" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>=283.15 K. Hence the specific weights are calculated as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E34">
          <mml:math alttext="\gamma_{gas}=\frac{p}{B_{gas}T}=\frac{104697.33}{(420.557)(283.15)}=0.8792%&#10;\mbox{~{}N/m\supios{3}}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>g</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>104697.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>420.557</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>283.15</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0.8792</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p43">and</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E35">
          <mml:math alttext="\gamma_{air}=\frac{p}{B_{air}T}=\frac{104697.33}{(29.271)(283.15)}=12.631\mbox%&#10;{~{}N/m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>⁢</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>104697.33</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>29.271</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>283.15</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12.631</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>In equilibrium the buoyancy force is equal to the load (<inline-formula><mml:math alttext="F_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=66723.3 N) then we have</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E36">
          <mml:math alttext="F_{B}=V\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)=F_{T}=66723.3\mbox{~{}N}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>66723.3</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mtext> N</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>Then, the volume occupied by the gas when it is 94<inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> pure is obtained by</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E37">
          <disp-formula id="S3.E37X">
            <mml:math alttext="\displaystyle V_{94\%}=\frac{F_{B}}{0.94\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>94</mml:mn>
                    <mml:mo>%</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>F</mml:mi>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>0.94</mml:mn>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>γ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>g</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E37Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{66723.3}{0.94\left(2.631-0.8792\right)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>66723.3</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>0.94</mml:mn>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2.631</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>0.8792</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E37Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=6039.675\ \mbox{m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>6039.675</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p44">If the airship is going to be filled now with pure hydrogen until the bag is full, the increment in volume must be <inline-formula><mml:math alttext="\Delta V_{100\%}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn><mml:mo>%</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="V_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>-<inline-formula><mml:math alttext="V_{94\%}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>94</mml:mn><mml:mo>%</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=6880.9-6039.675=841.314 m<sup>3</sup>. Then the increment in buoyancy should be</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E38">
          <disp-formula id="S3.E38X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\Delta F_{B}=\Delta V_{100\%}\left(\gamma_{air}-\gamma_{gas}\right)" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>F</mml:mi>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>100</mml:mn>
                      <mml:mo>%</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E38Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=841.314\left(12.631-0.879\right)" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>841.314</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12.631</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>0.879</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E38Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=9887.685\ \mbox{N}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>9887.685</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>N</mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p45">Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report that the number of volume of pure hydrogen added is <inline-formula><mml:math alttext="\Delta V_{100\%}" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>100</mml:mn><mml:mo>%</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>=849.5 m<sup>3</sup> (30,000 cubic feet), while the amount by which the lifting power has been increased is 9986.25 N (2,245 pounds). Then for the volume of pure hydrogen added we have a percentage error equal to 0.963 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>, whereas for the increment in the buoyancy, the percentage error is equal to 0.987 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="S3.p46">
        <bold>Case study 8</bold>
      </p>
      <p id="S3.p47">A balloon in the hangar is to be filled to rise to a total altitude of 1524 m (5,000 feet) in bright sunshine. The observed temperature of the air is 294.2 K (70<sup>o</sup>F). Assumeing that bright sunlight heats the gas to a temperature of 11.11 K (20<sup>o</sup>F) above that of the surrounding air, we calculate the amount of hydrogen to be filled in the balloon in order that it will attain the desired altitude.</p>
      <p id="S3.p48">It is considered that the airship is in a "limp" state, then the weight of the gas <inline-formula><mml:math alttext="W_{gas}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> remains constant. It is assumed that the total volume of the airship is <inline-formula><mml:math alttext="V_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=6880.9 m<sup>3</sup> (243,000 cubic feet). At the ground the weight of the gas is given as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E39">
          <mml:math alttext="W_{gas}=\gamma_{gas_{o}}V_{o}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>where <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{o}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="V_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (unknown value) are the gas specific weight and the initial volume of the airship at the ground (<inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=0 m ), respectively. At the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m, the weight of the gas is given as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E40">
          <mml:math alttext="W_{gas}=\gamma_{gas_{z}}V_{z}," display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>W</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>γ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>where <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{gas_{z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (unknown value) and <inline-formula><mml:math alttext="V_{z}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="V_{T}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>=6880.9 m<sup>3</sup> are the gas specific weight and the total volume of the airship at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m. Equating Eqs. (<xref rid="S3.E39">39</xref>) and (<xref rid="S3.E40">40</xref>), it can be obtained the value of the initial volume, that is the volume at the hangar <inline-formula><mml:math alttext="V_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, hence we have</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E41">
          <mml:math alttext="V_{o}=\left(\frac{\gamma_{gas_{z}}}{\gamma_{gas_{o}}}\right)V_{T}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mi>o</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>γ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p id="S3.p49">From the state equation <inline-formula><mml:math alttext="\gamma_{o}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is obtained as</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E42">
          <disp-formula id="S3.E42X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{gas_{o}}=\frac{p_{o}}{B_{gas}T_{gas_{o}}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mi>o</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mi>o</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E42Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{101320}{(420.557)(294.2+11.11)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>101320</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>420.557</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>294.2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>11.11</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E42Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=0.788\ \mbox{N/m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>0.788</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p50">The atmospheric pressure of the air (which the same as the gas) at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m, is calculated as, see Eq. (<xref rid="S2.E7">7</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E43">
          <disp-formula id="S3.E43X">
            <mml:math alttext="\displaystyle p_{z}=p_{o}\left[1+\frac{dT_{air}}{dz}\frac{z}{T_{air_{o}}}%&#10;\right]^{\frac{n}{n-1}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>o</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>T</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>T</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>r</mml:mi>
                                    <mml:mi>o</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E43Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=101320\left[1+\frac{(-0.0065)(1524)}{294.1}\right]^{\frac{1.2349%&#10;}{(1.2349-1)}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>101320</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mstyle displaystyle="true">
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>0.0065</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1524</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>294.1</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mstyle>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1.2349</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E43Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=84627.53\ \mbox{N/m\supios{2}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>84627.53</mml:mn>
                  <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">2</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p52">The temperature of the air at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m, is calculated as, see Eq. (<xref rid="S2.E8">8</xref>)</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E44">
          <disp-formula id="S3.E44X">
            <mml:math alttext="\displaystyle T_{air_{z}}=T_{air_{o}}+\frac{dT_{air}}{dz}z" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mi>o</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>⁢</mml:mo>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E44Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=294.2+(-0.0065)(1524)" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>294.2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.0065</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                      <mml:mn>1524</mml:mn>
                      <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E44Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=284.35\ \mbox{K}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>284.35</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mtext>K</mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p54">Then, the gas temperature at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m, is <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas_{z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>=<inline-formula><mml:math alttext="T_{air_{z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>+11.11=295.463 K. With the values of <inline-formula><mml:math alttext="p_{z}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math alttext="T_{gas_{z}}" display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> it is possible to evaluate the gas specific weight at the height <inline-formula><mml:math alttext="z" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>=1524 m, that is</p>
      <p>
        <disp-formula-group id="S3.E45">
          <disp-formula id="S3.E45X">
            <mml:math alttext="\displaystyle\gamma_{gas_{z}}=\frac{p_{z}}{B_{gas}T_{gas_{z}}}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mo>⁢</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>B</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>g</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>⁢</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E45Xa">
            <mml:math alttext="\displaystyle=\frac{84627.53}{(420.557)(295.463)}" display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mi/>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>84627.53</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>420.557</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>⁢</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
                        <mml:mn>295.463</mml:mn>
                        <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
          <disp-formula id="S3.E45Xb">
            <mml:math alttext="\displaystyle=0.681\ \mbox{N/m\supios{3}}." display="inline">
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi/>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>0.681</mml:mn>
                    <mml:mo lspace="0.500em">⁢</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>N/m</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                        <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                      </mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </disp-formula>
        </disp-formula-group>
      </p>
      <p id="S3.p55">Using this value in Eq. (<xref rid="S3.E41">41</xref>), the volume at the hangar can be evaluated as</p>
      <p>
        <disp-formula id="S3.E46">
          <mml:math alttext="V_{o}=\left(\frac{0.681}{0.788}\right)6880.9=5940.038\mbox{~{}m\supios{3}}." display="block">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mi>o</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>0.681</mml:mn>
                      <mml:mn>0.788</mml:mn>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mn>6880.9</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>5940.038</mml:mn>
                  <mml:mo>⁢</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext> m</mml:mtext>
                    <mml:mtext>
                      <sup xmlns="http://dlmf.nist.gov/LaTeXML">3</sup>
                    </mml:mtext>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo lspace="0em">.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </p>
      <p>Literature [<xref rid="ref015" ref-type="bibr">15</xref>] report 5691.68 m<sup>3</sup> (201,000 cubic feet) as the volume of hydrogen required. Hence we have a percentage error equal to 4.36 <inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
    </sec>
    <sec id="S4">
      <label>4.</label>
      <title>Conclusion</title>
      <p id="S4.p1">In this paper we presented several case studies that compare the results of our thermodynamic model with the "slide rule" results that were used by the US pilots of the airships at the beginning of twentieth century. The variations in the results went between less than 1<inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> to slightly more than 4<inline-formula><mml:math alttext="\%" display="inline"><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Which shows not only the accuaracy of our thermodynamic model but also confirms that the model included in the slide rule was quite reliable.</p>
      <p id="S4.p2">Along the history of the airships (since 1783), several tragic incidents have been present. It can be said that the airships born before time. However, with the new materials (such as titanium, kevlar, mylar, etc.), as well as the capabilities of the new computers to calculate the deformation of solid bodies and to successfully predict the behaviour of the atmospheric flow fields, it is hope that a new era of the giant airships is comming soon.</p>
      <p id="S4.p3">The hydrostatic theory shown in this paper is very simple and easy to understand, then it is doubtless that undergraduate students of physics and engineering, or the practicing engineers, after reading this paper can perform the calculation of the aerostatic behaviour of airships and outer space balloons. Some problems that were proposed to the North-American pilots of the "Blimps" by the designers of a slide rule have been successfully solved in the case studies.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ack>
      <title>Acknowledgments</title>
      <p id="ack.p1">This work was supported without any funding.</p>
    </ack>
    <sec id="sec0100" sec-type="COI-statement">
      <title>Conflict of interest</title>
      <p>The authors declare no conflicts of interest.</p>
    </sec>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="ref001">
        <label>[1]</label>
        <mixed-citation><string-name><surname>White</surname>,<given-names>W.</given-names></string-name>,

	(<year>1976</year>)<article-title>Airships for the future</article-title>,
Sterling Publishing Co., Inc., New York</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref002">
        <label>[2]</label>
        <mixed-citation> Meyer, P. (1980). <italic>Luftschiffe: die Geschichte der deutschen Zeppeline</italic>. Wehr &amp; Wissen. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref003">
        <label>[3]</label>
        <mixed-citation> Kleinheins, P., &amp; Meighörner, W. (Eds.). (2005). <italic>Die Großen Zeppeline: Die Geschichte des Luftschiffbaus</italic>. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref004">
        <label>[4]</label>
        <mixed-citation> Burgess, C. P. (2004). <italic>Airship Design</italic>. University Press of the Pacific. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref005">
        <label>[5]</label>
        <mixed-citation> Khoury, G. A. (Ed.). (2012). <italic>Airship Technology, Second Edition</italic>. Cambridge Aerospace Series. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref006">
        <label>[6]</label>
        <mixed-citation> Carichner, G. E., &amp; Nicolai, L. M. (2013). <italic>Fundamentals of Aircraft and Airship Design: Volume 2—Airship Design and Case Studies</italic>. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc.. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref007">
        <label>[7]</label>
        <mixed-citation> Rodríguez, E., &amp; Rodríguez, E. (1987). <italic>Diagnóstico Económico-Tecnológico de los dirigibles como medio de transporte</italic>. Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Dirección General de Desarrollo Tecnológico. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref008">
        <label>[8]</label>
        <mixed-citation> Jacobo, C., &amp; Zimán, D. (1984). El dirigible y el transporte público. <italic>Elementos, 2</italic>(12), 19-24. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref009">
        <label>[9]</label>
        <mixed-citation> Sahlberg, B. (1986). LTA Lighter than Air, Final Report 1985-A Feasi bility Study. <italic>The Market, Tech nical And Infrastructural Pros pects for LTA-Tech nology in Sweden. Tech nical Report STU-553-1986, Styrelsen För Teknisk Utveckling, Swedish</italic>. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref010">
        <label>[10]</label>
        <mixed-citation> Hillsdon, R. H. (1992). An analysis of viable roles for airships in the 21st century. <italic>AIRSHIP, 98</italic>, 9-20. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref011">
        <label>[11]</label>
        <mixed-citation> Taylor, J. A. (1992). Airship applications for the first decade of the twenty-first century. <italic>AIRSHIP, 98</italic>, 20-31. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref012">
        <label>[12]</label>
        <mixed-citation> Hayes, D. E. (1994). Airship applications. <italic>AIRSHIP, 104</italic>, 10-14. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref013">
        <label>[13]</label>
        <mixed-citation> Delahunt-Rimmer, P. (1997). A model to evaluate the commercial applications of airships. <italic>AIRSHIP, 118</italic>, 26-30. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref014">
        <label>[14]</label>
        <mixed-citation> Stockbridge, C., Ceruti, A., &amp; Marzocca, P. (2012). Airship Research and Development in the Areas of Design, Structures, Dynamics and Energy Systems. <italic>International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 13</italic>(2), 170–187. [<uri>https://doi.org/10.5139/IJASS.2012.13.2.170</uri>] </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref015">
        <label>[15]</label>
        <mixed-citation> Weaver, E. R., &amp; Pickering, S. F. (1923). <italic>An Airship Slide Rule</italic>. US Government Printing Office. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref016">
        <label>[16]</label>
        <mixed-citation> Arnstein, K., &amp; Klemperer, W. (1936). Performance of airships. <italic>Aerodynamic Theory: A General Review of Progress Under a Grant of the Guggenheim Fund for the Promotion of Aeronautics</italic>, 49-133. [<uri>https://doi.org/10.1007/978-3-642-91484-3_3</uri>] </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref017">
        <label>[17]</label>
        <mixed-citation> Prandtl, L., &amp; Tietjens, O. G. (1957). <italic>Fundamentals of Hydro </italic>&amp;<italic> Aeromechanics</italic>. Dover Publications, Inc. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref018">
        <label>[18]</label>
        <mixed-citation> Reynold, W. C., &amp; Perkins, H. C. (1977). <italic>Engineering Thermodynamics</italic>. McGraw-Hill, Inc. </mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>
