La temperatura non è altro che un modo per quantificare la velocità media alla quale le molecole si muovono. L’energia del moto molecolare (energia cinetica) è correlata alla velocità media, e quindi le cose che sono più calde avranno più energia cinetica.
Ci sono due cose che sono rilevanti in questa situazione. Il primo è la conservazione dell’energia., Salendo nell’atmosfera farà sì che la molecola acquisisca energia potenziale proporzionale all’altezza in cui si è mossa, ma questa energia deve provenire da qualche parte, ovvero che la molecola perde energia cinetica (e quindi velocità, e quindi diventa più fredda).
Il secondo processo che è rilevante qui è la diffusione del gas. In assenza di un contenitore, ogni molecola di gas si muoverà essenzialmente indipendente dalle altre e nel tempo occuperà volumi sempre maggiori. Questo è il motivo per cui si può sentire il calore anche a una buona distanza da una stufa.,
Quindi, ora, alla luce di queste due considerazioni, l’aria molto fredda non sarebbe in grado di renderla più alta, ma allo stesso tempo, si diffonderebbe più lentamente (il movimento di tutte le molecole è ancora effettivamente casuale, ma più lento data la temperatura più bassa). L’aria leggermente più calda si diffonderebbe leggermente più rapidamente, ma le molecole sarebbero anche in grado di raggiungere un’altezza maggiore.
Quindi, dato che l’aria più fredda non sarebbe in grado di renderla più alta e sarebbe più densa, affonderebbe più velocemente.,
Qualcosa che non ho menzionato qui è che le molecole nell’aria fredda sono perfettamente in grado di scambiare energia con l’ambiente circostante e diventare più calde, tuttavia questo non cambierebbe la risposta in quanto l’aria più calda (ma ancora più fredda della temperatura ambiente) acquisirebbe energia dall’ambiente circostante.