La flottabilité est la force verticale exercée sur un objet immergé dans un fluide (au primaire, le fluide le plus utilisé pour l'étude de la flottabilité est l'eau). Puisque la pression exercée sur un objet immergé augmente avec la profondeur (à cause de la gravité), la pression exercée vers le haut sous l’objet est plus grande que la pression exercée vers le bas sur le dessus de l’objet. Il en résulte une force verticale dirigée vers le haut, c’est-à-dire dans la direction opposée à la gravité. Cette force est aussi appelée poussée d’Archimède. La flottabilité est la différence entre la poussée d’Archimède et le poids de l’objet. Lorsque le poids de l’objet est supérieur à la poussée d’Archimède, la flottabilité est négative et l’objet coule. Au contraire, lorsque le poids de l’objet est inférieur à la poussée d’Archimède, la flottabilité est positive et l’objet flotte.

La poussée d’Archimède est ainsi nommée en l’honneur du mathématicien qui a vécu environ 300 ans avant Jésus-Christ. Archimède, à qui le roi aurait demandé de l'aide afin de savoir si des cadeaux reçus étaient d'une bonne valeur, aurait eu l'idée de calculer la masse volumique des couronnes et bijoux du roi et de la comparer avec la masse volumique de l'or massif, afin de savoir s’ils étaient faits d'or massif. On raconte qu'il aurait eu cette idée alors qu'il était dans sa baignoire, et qu'il serait sorti nu dans la rue en criant « Eurêka! », qui signifie : « J'ai trouvé! ». Il venait en fait d'établir le lien entre la force exercée sur un objet immergé dans un fluide et la masse volumique de cet objet : la poussée d’Archimède est égale au poids du volume d’eau déplacé par l’objet immergé. Il venait de trouver le moyen de vérifier que les couronnes et les bijoux du roi étaient bel et bien en or massif. Voyons plus précisément comment le concept de masse volumique peut être relié au concept de flottabilité.


La masse volumique

La flottabilité d'un objet dépend de sa masse volumique. La masse volumique d'un objet est le rapport de sa masse — que l'on peut exprimer en kilogrammes (kg) — avec son volume, exprimé, par exemple, en mètres cubes (m³). Ainsi, la masse volumique de l'eau est de 1 kg/m³, puisqu’un mètre cube d’eau pèse exactement 1 kilogramme. Si la masse volumique de l'objet est plus grande que celle de l'eau, l'objet coule. Par contre, si la masse volumique de l'objet est plus petite que celle de l'eau, l'objet flotte. Lorsque complètement immergé, celui-ci remontera en surface jusqu’à ce que la partie submergée déplace un volume d’eau égal au poids total de l’objet.