1. Теплый воздух легче холодного (он менее плотный), по-этому шар наполненный теплым воздухом будет подниматься вверх. Это сила Архимеда.
2. Высоту полета воздушных шаров регулируют температурой воздуха в шаре. Внизу шара находится горелка (как правило, газовая). Если надо подняться выше - ее включают (или прибавляют подачу горючего газа в горелку). Если надо спуститься ниже, часть теплого воздуха выпускают из шара.
3. Аэростаты заполняют наполовину потому что, с набором высоты атмосферное давление падает и газ в аэростате начинает расширяться.
4. Шары - зонды запускают с целью метеорологических наблюдений, в первую очередь для регистрации температуры воздуха и скорости ветра на высоте, над землей. Эти данные используют для прогноза погоды.