При нагревании воздух расширяется, а при охлаждении — сжимается. Воздух, как и все вещества, состоит из мельчайших движущихся частиц - молекул. Молекулы при нагревании удаляются одна от другой. Воздух в бутылке расширяется, ему требуется дополнительное пространство. Поэтому он проникает в шарик и надувает его, охлаждаясь, воздух сжимается (т.е. его молекулы сближаются) и занимает первоначальное место в бутылке.