"スイッチピッチ"の背後にある物理学？

チャック・ホバーマンがデザインした「スイッチピッチ」と呼ばれるこのおもちゃに出くわしました。これは、空中に投げたときに（ある程度の量で）ボールになります。回転の）、反転し、色を変更します。プラスチック製で、多数のソケットに接続されています。説明が非常に難しいため、いくつかのリンクを含めます。

ここに、最初の位置、次に空中、次に2番目の位置にあるボールの写真があります。

ボールが投げられているビデオ。 https://www.youtube.com/watch?v=zwevlig6CxI

私はいくつかの調査を行い、角運動量の保存などを行いました。求心力、並進エネルギー、回転エネルギーが出てきました（これは化学だと思いますが、活性化エネルギーについても何かがあります）。これらが当てはまる場合、誰かがその方法を説明できますか？私はこれについて非常に興味があります。

ありがとうございます！

いい質問です。幾何学的（ベリー）位相の概念が役割を果たすとしたら、絶対に素晴らしいでしょう！
'私はそれらの1つを持っていました！空中でボールを星に変えるビット（私が思いつくことができる最も良い説明）は、'スピン'彼らは'外向きに強制され、それが別の色のボールに閉じて落下したときの動きの失効-それ'物理学がなくてもかっこいいです。
' JJThomsonまたはAlfredMayerがこれを"可能性のある"ニュートリノ振動の古典的なモデル（今日生きていれば）。 ;） eoht.info/page/Floating+magnets+experiment

回答

これは素晴らしいデザインですが、かなり複雑に見えますが、拡張に関連する自由度は1つしかありません。

つまり、システムが2つの構成でのみ安定するように相互に接続された、独創的なピースのアンサンブルです。

2種類のピースで構成されています。

ある構成から別の構成に移動するには、4つのディスクのようなピースを非表示にします。中に隠されていた他の4つの表面と、すべてのホイルのような部分の反転。

回転すると、なぜこれが発生するのですか？これは、ボールが回転するときに発生する遠心力によって引き起こされます。また、回転の方向は関係ありません。1つのピースを外側に引いて拡張すると、すべての動きが結合されているため、すべてのピースが一緒に動きます。それが、自由度が1つしかないことを意味します。

なぜ再び収縮するのですか？さて、ボールはそのデザインのために特定の量しか拡張できません。この時点でボールは跳ね返り、再び折りたたまれて収縮運動を開始します。

デザインの詳細は、私のデザイン描画スキルと私からかなり外れています。ここで作成する実際のおもちゃのより良い画像や図は見つかりませんでした。説明が十分にグラフィックであったことを願っています。