Een toestel, dat tot zekere hoogte in den dampkring opstijgt, door de opwaartsche persing der omringende lucht, volgens het beginsel van Archimedes: een lichaam in vloeistof of gas gedompeld, ondergaat eene opwaartsche persing even groot als het gewicht van het verplaatste vocht of gas. Een L. bestaat uit een zooveel mogelijk gasdicht omhulsel, gevuld met gas, lichter dan de omringende lucht.
Aan den ballon is door een netwerk, of beter door een kap van sterk doek, waaraan touwen hangen, een mand of schuitje bevestigd, wat tot opname van luchtreizigers en instrumenten bestemd is. Het totale gewicht van ballon, schuitje en toebehooren moet lichter zijn, dan het gewicht der verplaatste luchtmassa. Is P het ware gewicht van het omhulsel, van de koorden, schuitje enz., terwijl V het volumen gas is, in den ballon bevat en S zijn soortelijk gewicht, V1 het volumen der verplaatste lucht en S1 zijn soortelijk gewicht, dan is voor het stijgen noodzakelijk dat V’S1 > P + VS. Zooveel als V1S1 de waarde P + VS overtreft, zoo groot is de stijgkracht van den ballon.De L. heeft van het eerste oogenblik dat hij bekend werd tot heden toe de grootste belangstelling gewekt: hij heeft de stoutste verwachtingen doen ontstaan, die echter nog niet verwezenlijkt zijn. (Zie Luchtscheepvaart.)
Voor 1720 vindt men slechts eenige ontwerpen van Fr. Lana en Galiers, die, zich grondend op het beginsel van Archimedes, de mogelijkheid van den L. bevestigden. In 1720 wordt vermeld, dat Pater de Gusmao te Lissabon opsteeg in een ballon met verwarmde lucht: deze proef raakte echter in vergetelheid. In 1767 herhaalde Black, dat een blaas met waterstof gevuld zou opstijgen en in 1782 had Cavallo de proef genomen met zeepbellen: deze, gevuld met waterstofgas, stegen omhoog. Terzelfder tijd was het plan voor een L. gerijpt bij de gebroeders Josef en Etienne Montgolfier. Na eenige vergeefsche pogingen om een ballon met waterstof te vullen, een proef die slecht gelukte omdat het gebruikte omhulsel door zijne poreusheid het fijne waterstofgas spoedig liet ontsnappen, besloten zij verwarmde lucht aan te wenden.
Eenige voorloopige proefnemingen op kleine schaal beloofden een gunstigen uitslag en nu vervaardigden zij uit grof linnen een ballon van 13 Meter diameter; de binnenzijde was met papier beplakt. Onderaan bleef een ruime opening vrij, en daaronder werd een sterk vuur geplaatst. De gedachten, die de Montgolfiers leidden, waren deze: verwarmde lucht is lichter dan lucht bij gewone temperatuur; bij de verwarming ontwikkelt zich electriciteit, die voor het stijgen gunstig is, en bij de brandstoffen moet wat wol en andere organische stoffen gemengd worden, die een gas leveren van bijzondere stijgkracht; de beide laatste gedachten waren valsch, de eerste was juist. In December 1782 steeg hun ballon te Avignon onder grooten toeloop van volk op. In het voorjaar van 1783 werd de proef herhaald te Annonay. De Fransche academie noodigde toen de gebroeders uit, hun proef in Parijs te herhalen.
De fransche natuurkundige Charles te Parijs had intusschen kennis gekregen van de proeven, en vatte het plan op zelf ook een L. te vervaardigen. Meenend, dat de waterstof hiervoor gebruikt moest worden, zocht hij eerst een stof, die zeer licht en tevens zeer dicht was, geschikt om de waterstof het ontsnappen te beletten. Hij nam daarvoor tafzijde, bestreken met een oplossing van caoutchouc in kokende terpentijnolie.- Deze stof, aan de gestelde eischen voldoende, werd gebruikt om een ballon te maken van 4 Meter diameter, die op 26 Augustus 1783 te Parijs op het Champs de Mars, te midden van de uitbundige geestdrift eener onafzienbare menschenmassa, opsteeg.
Intusschen had Montgolfier, om aan het verzoek der Fransche academie te voldoen, een grooten ballon vervaardigd van 14 Meter horizontalen diameter en 20 Meter hoogte. Na voorloopige proeven te Parijs, werd deze ballon te Versailles opgelaten. Onder den ballon hing een kooi, waarin een schaap, een haan en een eend waren opgesloten. Dit waren de eerste luchtreizigers in een vrijen ballon. Na een hoogte van 560 Meter bereikt te hebben, kwamen er scheuren in het omhulsel; toch daalde de toestel slechts langzaam, en men vond de meegevoerde dieren ongedeerd terug. Hierdoor aangemoedigd maakten de gebroeders Montgolfier een nieuwen ballon van ongeveer dezelfde afmetingen.
Aan den onderkant was een galerij bevestigd, waarin eenige personen konden plaats nemen. In de galerij waren openingen, die toegang gaven tot den rooster, waarop het vuur onderhouden werd. De ballon kon zoolang blijven zweven, als de voorraad brandstof strekte; door het vuur te temperen kon men naar welgevallen dalen, door het aan te wakkeren kon men hooger stijgen. 20 November 1783 stegen Pilatre de Rosier en de markies d’Arlandes met dezen gevaarlijken toestel omhoog. De belangstelling van hoog en laag geplaatste personen was buitengemeen groot: zelfs de daken van Parijs waren zwart van menschen. De ballon zweefde over de Seine en verder over Parijs, bereikte een hoogte van 1000 Meters, en na 25 minuten verminderden de luchtreizigers het vuur en daalden op 8 Kilometers afstand van hun uitgangspunt behouden neer.
De natuurkundige Charles volmaakte zijn eersten ballon en dacht alle verbeteringen uit, die gedurende een eeuw ongeveer dienst zouden doen. Vooreerst vulde hij den ballon beneden niet meer geheel met gas. Dit had een dubbel doel. In de hoogere luchtlagen vermindert de drukking, het gas in den ballon zet zich uit door zijn spankracht; was de ballon beneden reeds geheel gevuld, dan kon de spankracht van het gas den omhoog gestegen ballon doen scheuren. Ten anderen: naarmate men hooger stijgt is de lucht ijler en lichter, de oppersende kracht per kubieke meter neemt daardoor gaandeweg af. Maar als tegelijkertijd het gas in den ballon uitzet, worden er meer kubieke meters lucht verplaatst, daardoor bleef de stijgkracht langen tijd nagenoeg standvastig.
Charles gaf aan den ballon ook de veiligheidsklep en de zakken zand als ballast. Wil de luchtreiziger dalen, dan opent hij de klep, een gedeelte gas ontsnapt, en de ballon gaat omlaag. Is de daling te snel, of daalt hij op een gevaarlijke plek, dan werpt hij wat zand overboord. Voorts werd het schuitje voorzien van een anker, bevestigd aan een lang touw; bij het naderen van den vasten bodem wordt het anker uitgeworpen, het klemt zich vast, en de laatste oogenblikken van dalen en tevens het uitstijgen is veel veiliger geworden. Met deze hulpmiddelen voorzien heeft de ballon bijna een eeuw dienst gedaan.
De hoogte, waarop een luchtballon in den dampkring stijgen kan, is niet onbegrensd. Er komt een oogenblik, dat de immer lichter wordende lucht bij gelijk volumen evenveel weegt, als de ballon met het schuitje en dan is verder stijgen onmogelijk. Wil men zoo hoog mogelijk komen, dan moet men den ballon met het meest lichte gas vullen. In dit opzicht staat de ballon met verwarmde lucht, die tevens het gevaarlijkste is, het laagst. Want het is praktisch niet mogelijk de lucht in zulk een toestel hooger dan tot 70—80° C. te verwarmen, en dan is de soortelijke dichtheid 0,80 in vergelijking met de dichtheid der omringende lucht. De stijgkracht bedraagt dan slechts 0,260 kilogram per kubiek meter.
Wil men nu de last van eenige personen meevoeren, dan moet de ballon zeer groot zijn; maar daardoor vermeerdert ook het gewicht van het omhulsel, van de touwen enz., zoodat de geheele toestel op zich zelven veel zwaarder wordt. Gebruikt men lichtgas om
den ballon te vullen, dan is de stijgkracht aanvankelijk 0,455 kilogram per kubiek meter. Om denzelfden last mee te voeren als een Montgolfière, kan de ballon reeds bijna de helft minder inhoud hebben; daardoor is het gewicht van den ballon op zich zelf ook veel verminderd. Kiest men waterstof tot vulling, waarvan het soortelijk gewicht 0,0688 bedraagt, dan is de stijgkracht 1,210 kilogram per kubiek meter; deze ballons kunnen derhalve de kleinste afmetingen hebben, hun dood gewicht is het minste, en de hoogte die zij bereiken het grootste.
Het doel, waarvoor de ballons werden aangewend, was vooreerst het opluisteren van feesten; soms ook om aan liefhebbers het genoegen te verschaffen, hoog in de lucht te zweven. Hiervoor dienden vooral de zoogenaamde „ballons captifs”, waarvan als type mag genoemd worden de reusachtige ballon van Giffard op de Parijsche tentoonstelling van 1880.
Voor militaire doeleinden werd eveneens de vastgehouden ballon gebezigd; zoo kon generaal Moreau bij den veldslag van Fleurus 400 Meter hoog gestegen, de vijandelijke stellingen verkennen en inlichtingen geven, die de overwinning van Jourdan vergemakkelijkten. De wind echter, die zulk een vasten ballon hevig heen en weer slingert, en de last, om te midden van krijgsoperaties zulk een gevaarte mee te voeren en te vullen, zijn oorzaak geweest, dat het gebruik niet algemeen werd; dikwerf waren de meegevoerde ballons geheel nutteloos. Voor de meteorologie heeft de L. zijn waarde. De bekend gebleven opstijgingen van Gay-Lussac, die eens tot 4000, de andere keer tot 7000 Meter steeg, hebben behalve den invloed der hoogte op het dierlijk leven, vele bijzonderheden van de hoogere dampkringslagen doen kennen.
In den laats ten tijd heeft men meermalen en systematisch partij getrokken van den L. voor hetzelfde doel. Op verschillende plaatsen worden tamelijk kleine en zeer lichte ballons met waterstof gevuld opgelaten. Geen luchtreiziger gaat mee, maar onder den ballon zijn zelfregistreerende instrumenten gehangen, die de luchtdrukking, temperatuur, vochtigheid enz. op verschillende hoogten automatisch aanteekenen. Deze instrumenten hangen in een soort grof spinneweb, uit caoutchoucdraden vervaardigd, en het geheele net is nog omgeven door een mand van licht vlechtwerk, om de instrumenten tegen schokken te vrijwaren. Deze ballons stijgen tot een aanzienlijke hoogte, 15 tot 20000 Meter, en geven veel wetenswaardige inlichtingen omtrent de hoogere lagen der lucht, die noodzakelijk gekend moeten worden, om de meteorologische gegevens in de nabijheid van den aardbodem te bestudeeren.
Voor al deze doeleinden werd de ballon van Charles gebruikt, met een kleine wijziging, somtijds aangebracht. Aan het ondereinde van den ballon is een vrij lange buis bevestigd, waardoor het gas automatisch ontsnappen kan, als de spanning te groot wordt. Dit hulpmiddel is dikwijls nuttig geweest, ook somtijds noodlottig, als door de onbegrijpelijke roekeloosheid van den luchtreiziger dit ontsnappende gas vlam vatte.
Over den vorm der ballons, zie Luchtscheepvaart.
