Atmosfir tempat dimana sebuah penerbangan dilakukan adalah gumpalan udara yang mengelilingi bumi dan melekat di permukaannya. Jumlah udaranya juga sebanyak jumlah daratan dan lautan. Tapi, bagaimanapun, udara berbeda dari daratan dan lautan karena terdiri dari campuran banyak gas. Udara memiliki massa, berat dan bentuk yang tak tetap.

Udara seperti halnya fluida lain, mempunyai kemampuan untuk mengalir dan berubah bentuk ketika harus menyeimbangkan perbedaan tekanan yang kecil sekalipun, karena kurangnya kohesi molekul. Sebagai contoh, gas akan memenuhi sebuah bejana tempat dia ditaruh, mengembang atau mengkerut untuk menyesuaikan bentuknya dengan dibatasi oleh bentuk bejana tersebut.

Atmosfir terdiri dari 78 persen nitrogen, 21 persen oksigen dan 1 persen gas-gas yang lainnya, seperti argon dan helium. Karena beberapa unsur lebih berat dari yang lainnya, maka ada kecenderungan alami bagi unsur yang lebih berat seperti oksigen untuk berada di permukaan bumi, sedangkan unsur yang lebih ringan akan terangkat ke bagian yang lebih tinggi. Hal ini menerangkan mengapa sebagian besar oksigen berada di bawah ketinggian 35000 kaki.

Karena udara memiliki massa dan berat, maka ia disebut benda, dan sebagai sebuah benda maka ia akan bereaksi pada hukum-hukum fisik seperti halnya benda gas yang lain. Karena memiliki berat di permukaan bumi, maka udara memberikan tekanan rata-rata 14.7 pon (lbs) pada setiap inci persegi, atau 22,92 inci dari air raksa- tapi karena ketebalannya terbatas, makin tinggi makin berkurang udara di atas. Karena alasan ini maka berat atmosfir di ketinggian 18000 kaki hanyalah setengah dari beratnya di permukaan laut.

Tekanan Atmosfir

Meskipun banyak sekali macamnya tekanan, diskusi ini terutama berisi tentang tekanan atmosfir. Tekanan atmosfir ini adalah faktor penting dari perubahan cuaca, membantu mengangkat pesawat, dan menggerakkan beberapa instrumen penerbangan penting dalam pesawat udara.

Instrumen-instrumen ini adalah altimeter (penunjuk ketinggian), indikator airspeed (kecepatan udara), indikator rate-of-climb (kecepatan menanjak), dan penunjuk tekanan manifold.

Meskipun udara sangat ringan, tapi memiliki massa dan dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Maka, udara juga seperti halnya benda lain, memiliki berat dan memiliki gaya. Karena udara merupakan zat cair, maka gaya yang dimilikinya bekerja secara sama-rata ke semua arah, dan efek gayanya pada udara disebut tekanan (pressure). Pada kondisi baku di permukaan laut, rata-rata tekanan yang diterima pada tubuh manusia oleh atmosfir adalah sekitar 14,7 pon/inci. Kepadatan udara mempunyai efek yang berarti pada kemampuan pesawat terbang. Jika udara berkurang kepadatannya maka akan berakibat berkurangnya:

1. tenaga, karena mesin mendapatkan udara yang lebih sedikit,

2. thrust (gaya dorong) karena efisiensi baling-baling menjadi berkurang pada udara tipis,

3. lift (gaya angkat) karena udara tipis memberikan gaya yang lebih sedikit pada airfoil.

Efek tekanan pada kepadatan udara

Karena udara adalah gas, maka dapat ditekan atau dikembangkan. Pada waktu udara ditekan, jumlah udara yang lebih banyak dapat menempati sebuah volume. Sebaliknya pada waktu tekanan di sebuah volume udara berkurang, udara mengembang dan menempati tempat yang lebih besar. Maka, sejumlah udara pada tekanan yang lebih rendah berisi udara dengan massa yang lebih rendah. Dengan kata lain, kepadatannya berkurang. Pada kenyataannya kepadatan adalah berbanding lurus secara proporsional dengan tekanan. Jika tekanan bertambah dua kali maka kepadatan akan bertambah dua kali, dan jika tekanan dikurangi maka kepadatan juga akan berkurang. Hal ini benar hanya jika pada suhu yang tetap.

Efek suhu pada kepadatan udara

Efek dari bertambahnya suhu pada sebuah benda adalah berkurangnya kepadatan. Sebaliknya, berkurangnya suhu menambah kepadatan. Maka, kepadatan udara berubah-ubah secara terbalik dengan perubahan suhu. Pernyataan ini hanya benar pada nilai tekanan yang konstan.

Di atmosfir, suhu dan tekanan, keduanya berkurang sesuai dengan bertambahnya ketinggian, dan memiliki efek dengan kepadatan udara. Bagaimanapun, jatuhnya tekanan pada ketinggian yang bertambah, mempunyai efek yang dominan. Kepadatan juga dapat diperkirakan menurun jika ketinggian bertambah.

Efek kelembaban udara

Pada paragraf sebelumnya diasumsikan bahwa udara kering sempurna. Pada kenyataannya, udara tidak pernah benar-benar kering. Sejumlah kecil uap air terdapat dalam atmosfir hampir dapat diabaikan pada kondisi-kondisi tertentu, tapi pada kondisi yang lain kelembaban udara dapat menjadi faktor penting pada kinerja pesawat udara. Uap air lebih ringan dari udara, konsekwensinya, udara basah lebih ringan daripada udara kering. Udara basah paling ringan atau paling renggang pada waktu, - dengan kondisi tertentu-, mengandung jumlah maksimum uap air. Makin tinggi suhu, makin banyak jumlah uap air yang dapat dibawa oleh udara. Ketika membandingkan dua massa udara yang berbeda, yang pertama hangat dan basah (keduanya cenderung meringankan udara) dan kedua adalah dingin dan kering (keduanya memperberat udara), contoh yang pertama pasti lebih renggang dari yang kedua. Tekanan, suhu, dan kelembaban mempunyai pengaruh besar pada kinerja pesawat terbang, karena efek mereka pada kepadatan udara.