Как изменяется плотность атмосферы с увеличением высоты?

Плотность атмосферы уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что воздух — это газ, а газы подвержены действию силы тяжести: ближе к поверхности Земли давление выше, потому что на нижележащие слои воздуха давит вся масса воздуха, находящегося выше. Это давление с увеличением высоты падает, и, соответственно, падает плотность.

На уровне моря воздух наиболее плотный — примерно 1,225 кг/м³ при температуре 15 °C. С подъемом на высоту плотность убывает экспоненциально. Например, на высоте около 5 км она примерно в два раза меньше, чем на уровне моря, а на высоте около 10 км — уже примерно в четыре раза меньше. На высотах порядка 50–100 км плотность становится крайне низкой, близкой к вакууму.

Физически это объясняется уравнением состояния идеального газа:
ρ = p / (R·T),
где ρ — плотность, p — давление, T — температура, R — удельная газовая постоянная. С увеличением высоты давление p падает, температура T тоже уменьшается (по крайней мере в тропосфере), и как следствие — плотность ρ тоже уменьшается.

Таким образом, чем выше поднимаемся, тем меньше воздуха над нами, тем меньше давление и плотность воздуха. Этот эффект важен, например, для авиации, альпинизма и баллистики.