Почему пассажирские самолеты летают на высоте 10 км?

Прикольно, когда наблюдая за иллюминатором солнечную погоду и проплывающие внизу облака слышать сообщение от пилота о том, что мы летим на высоте 10 000 метров и температура за бортом -50 градусов Цельсия.                                    





А зачем лететь так высоко?    


10 км высоты - это средний показатель. Как правило, речь идет о диапазоне в рамках 9-12 километров, где прокладываются курсы самолетов, которые перевозят пассажиров. Причем выбирает высоту не пилот. Вопрос решается диспетчером, именно он производит расчет высоты для каждого отдельно взятого рейса.    


Известно, что на большой высоте воздух разреженный. Это объясняется простым обстоятельством. Атмосфера планеты удерживается ее же силой притяжения. Сила эта мощнее всего проявляет себя у поверхности, удерживая воздушную оболочку планеты, обеспечивая ей максимальную плотность именно в нижних слоях.
Повышение плотности атмосферы связано с давлением вышележащих слоев. Чем выше, тем слабее давление воздуха. Давление возрастает ближе к поверхности от веса верхних слоёв воздуха, как в океане давление растет из-за верхних слоев воды. Самолет и показатели его полета сильно зависят от показателей воздуха, от его плотности в первую очередь.    


Воздух нужен для обеспечения подъемной силы, для нормальной работы двигателей. Стоит помнить, что без кислорода процесс горения не происходит, двигатель глохнет. Если плотность небольшая - это плохо, но слишком большая тоже не нужна. Оптимальные для гражданских самолетов условия наблюдаются на высоте в 10 км, в воздушном коридоре от 9 до 12 км в зависимости от погодных и других условий. Слишком большая плотность не нужна по той причине, что она не дает развивать необходимую скорость. Плотные воздушные массы тормозят движение самолета точно так же, как вода тормозит движения пловца.
Помимо проблем с развитием скорости, полет на малой высоте приносит большие топливные расходы, в то время как при движении в более разреженных воздушных массах топлива тратится меньше. Это взаимосвязанные явления - чтоб продвигаться в более плотном пространстве, требуется больше энергии, а следовательно, больше топлива.
На высоте, рекомендованной для гражданских самолетов, они могут свободно летать с нормальной для них скоростью в 800-950 км в час, не испытывая топливных затрат, получая достаточно кислорода.    
Оптимальные показатели высоты
Плотность воздуха в таких пределах остается достаточной, чтобы удерживать на лету борт, летящий с указанной скоростью. На больших высотах требуется развивать более значительную скорость. Так, при полете на высоте в 12-15 км гражданский самолет мог бы передвигаться только на сверхзвуковых скоростях, в противном случае воздушные массы не смогли бы удержать его на лету.
Современные конструктивные характеристики гражданских самолетов делают для них оптимальной именно эту высоту. Впрочем, они вполне могут летать и на других высотах, если это необходимо, несколько выше или гораздо ниже. Но это нерационально, и может оказаться опасным например по погодным условиям.