El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido, experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido que desaloja.
Podemos describir la fuerza de empuje, \[{F_e} = \rho_f \, g \, V_{\text{sub}},\] donde:
- \( \rho_f \) es la densidad del fluido (kg/m³),
- \(g\) es la aceleración gravitatoria (m/s²),
- \(V_{\text{sub}}\) es el volumen del fluido desplazado (m³), que coincide con el volumen sumergido del objeto.
Para un objeto con densidad \(\rho_o\) y volumen total \(V_o\), cuando flota en equilibrio, la fracción sumergida del volumen se obtiene igualando el peso del objeto a la fuerza de empuje: \[ \rho_o \, g \, V_o \times \text{(fracción sumergida)} \;=\; \rho_f \, g \, V_o \times \text{(fracción sumergida)}. \] Simplificando: \[ \text{fracción sumergida} \;=\; \frac{\rho_o}{\rho_f}. \]
Sin embargo, cuando el objeto puede moverse libremente (como en esta simulación), su posición de equilibrio es aquella donde las fuerzas gravitatoria y de empuje se compensan; si se desplaza de esa posición, puede oscilar debido a la inercia y a las variaciones en la parte sumergida.