Usando la stessa bilancia e la stessa brocca cilindrica dell'altra volta (quelle nella mia cucina) puoi calcolare la densità del mandarino galleggiante semplicemente sommergendolo comodamente con due spiedini da arrosticini o da souvlaki (lunghi e sottili) o, con qualche disagio, con degli stuzzicadenti; l'importante è che il volume immerso degli stecchini rimanga trascurabile rispetto a quello del mandarino. La densità è il rapporto fra la massa letta sulla bilancia e la differenza di volume causata dalla sommersione del frutto.
Se si usa lo stesso mandarino più volte via via che assorbe acqua aumenta la massa lasciando praticamente invariato il volume e quindi, volta dopo volta, aumentando la densità diminuisce la frazione emersa.
Circa "le condizioni per cui un oggetto sta a galla o no e capire il perché" la risposta è una parola sola: EUREKA!
http://it.wikipedia.org/wiki/Eureka_(parola)#Archimede
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Il principio di Archimede parla di forze, volumi e densità (non di masse).
«Un solido più denso di un fluido, se collocato in esso, discenderà in fondo al fluido e se si peserà il solido nel fluido, risulterà più leggero del suo vero peso, e la differenza di peso sarà uguale al peso del fluido spostato».
Posti:
* dS, dF, dr le densità del solido, del fluido e relativa fra di esse: dr = dS/dF;
* V il volume del solido e del fluido spostato;
* V = Vi + Ve il volume del solido galleggiante e delle sue frazioni immersa ed emergente;
* pS, pF i relativi pesi.
Da p = g*d*V, si ricava il peso apparente per effetto della spinta di Archimede pA = pS - pF = g*V*(dS - dF).
* g = 9.80665 = 196133/20000 m/s^2 (l'accelerazione di gravità g fu definita a tale valore convenzionale dalla terza CGPM, nel 1901; in Italia c'è l'obbligo di legge [DPR 802/1982] di usare solo questo valore, specie nelle scuole: non 9.8 o 9.81. Ogni insegnante è Pubblico Ufficiale, quindi con l'obbligo di far osservare le prescrizioni di legge.).
Si ha
* galleggiamento per dr < 1
* equilibrio indifferente per dr = 1
* affondamento per dr > 1.
Se dr < 1, il principio di Archimede dice che, all'equilibrio,
* dL*Vi = dS*V (la spinta idrostatica sostiene tutto il peso)
da cui
* la frazione di volume immersa, Vi = dr*V;
* la frazione di volume emergente, Ve = V - Vi = (1 - dr)*V;
* Ve/V = (1 - dr) > 0.