石头沉下水中和气泡浮上水面，是由于物体的密度和浮力的作用所导致的。

密度是物体质量和体积之比，通常用公式密度=质量/体积来表示。当一个物体的密度大于水的密度时，它会沉下水中；当一个物体的密度小于水的密度时，它会浮在水面上。

浮力是一种向上的力，它的大小等于被物体排开的液体的重量。根据阿基米德原理，当一个物体浸没在液体中时，它会受到一个与所排开液体重量相等且方向相反的浮力。

石头在水中沉下的原因是因为石头的密度大于水的密度。根据阿基米德原理，当石头浸没在水中时，它会受到向上的浮力，但由于石头的密度大于水的密度，浮力小于石头的重力，所以石头会沉下水中。

而气泡在水中浮上的原因是因为气泡的密度小于水的密度。当气泡形成时，内部充满了气体，而气体的密度相对较小。根据阿基米德原理，气泡浸没在水中时，它会受到向上的浮力，由于气泡的密度小于水的密度，浮力大于气泡的重力，所以气泡会浮上水面。

总结起来，石头沉下水中而气泡浮上水面的原因是由于物体的密度和浮力的相互作用。密度大于水的物体会沉下水中，密度小于水的物体会浮上水面。这个原理被广泛应用在工程设计、水下探测和物体浮沉的研究中。