XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Магический кубик Рубика
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Глава 1. Основная часть
1.1. Что такое кубик Рубика. Устройство кубика Рубика.
Кубик Рубика — головоломка. Классический кубик представляет собой куб 3×3×3. Он состоит из 54 граней малых кубиков, составляющих один большой куб. Каждая грань куба состоит из девяти квадратов и окрашена в один из шести цветов: красный, оранжевый, белый, жёлтый, синий, зелёный. (прил. 1).
Разобрать на запчасти и собрать кубик Рубика обратно сможет даже начинающий – здесь нет ничего сложного, поэтому если вам интересно заглянуть внутрь, смело берите отвертку и вперед.
Кубик Рубика состоит из 26 маленьких кубиков и креста, скрытого внутри него.
Основа куба — крест, к тонким осям которого прикреплены на винтах 6 центральных кубиков.
26 кубиков назвать кубиками можно лишь условно, все они имеют разные выемки и шипы.
Шесть центральных кубиков находятся в центре граней большого куба. Они окрашены только с одной стороны, с которой видны. Все центральные кубики связаны между собой тремя осями, и каждая пара противоположных центральных кубиков может вращаться только вокруг одной своей оси.
Кубик Рубика состоит из центральных и рёберных элементов с внутренней стороны вырезан фрагмент таким образом, что получается полость в виде объединения трёх цилиндров. Помимо этого, на рёберных и угловых элементах имеются выступы особой формы. Эти выступы образуют фрагмент цилиндра, плотно входящий в полость. Благодаря такой конструкции грани кубика свободно вращаются.
В центре конструкции вместо «невидимого кубика» находится трёхмерная крестовина, на которой свободно вращаются центральные элементы. Все остальные элементы держатся друг за друга, входя выступами в вышеуказанную выемку. (прил. 2)
1.2. История создания магического куба
В далеком 1974 году венгерскому скульптору и преподавателю промышленного дизайна и архитектуры будапештской Академии прикладных искусств и ремесел Эрнё Рубику (прил. 3) пришла в голову идея создать наглядную модель, при помощи которой можно было бы продемонстрировать студентам основы математической теории групп. Долго Эрнё ломал голову над тем, как должна была выглядеть эта модель, перепробовал несколько вариантов, в результате чего им была создана деревянная модель-прототип кубика (прил. 4), который известен сейчас чуть ли не каждому жителю любой развитой страны мира.
Рубик пробовал различные материалы — дерево, картон, бумага, наносил на грани цифры и символы, но все-таки отдал предпочтения окрасу сторон в различные цвета.
Существует легенда, что конструкцию механизма ему подсказала галька. Он поместил на место центрального кубика крестовину, вокруг которой свободно вращались, не рассыпаясь, остальные кубики.
Можно сказать, что Эрнё Рубик стал папой Карло для своего детища – «Магического кубика», как он назвал его. Нынешнее название этой головоломки появится гораздо позже. Интересно, что в некоторых странах мира эта головоломка не называется кубиком Рубика. Так, в Германии, Потругалии, Китае и самой родине кубика Венгрии его продолжают называть «магическим кубом», а в Израиле кубик именуют «венгерским».
Головоломка была готова к 1974, а запатентована более чем через год самим изобретателем.
Впервые собрать головоломку изобретателю помогали его друзья и студенты. На сборку кубика у Рубика ушло около месяца. До того, как собрать головоломку, сам Эрнё не был до конца уверен, что это вообще возможно.
Массовое изготовление началось в конце 1977 года, когда одна из венгерских фирм выпустила под Рождество пробную партию новых головоломок. Игрушка не выходила за пределы страны. К счастью головоломка случайно попалась на глаза предпринимателю Тибору Лакзи, приехавшему на Родину по делам. Он увлекался математикой и взялся за ее коммерческую раскрутку.
Игрушка попала на Нюрнбергскую ярмарку игрушек, где заинтересовала английского изобретателя игр Тома Кремера.
До 1979 года Лакзи и Кремер пытались заинтересовать кубиком крупных производителей игрушек, но те опасались из-за ее сложности в изготовлении и сборке (у самого изобретателя на сборку головоломки ушел месяц, изначально он не был уверен, что сможет найти способ ее решения).
Первые кубики были тяжелы и небезопасны в использовании, их отказывались экспортировать на запад. В 1980 году появилась более легкая и безопасная версия, тогда же кубик сменил имя с магического куба на кубик Рубика. Игрушка прижилась, только в Венгрии, Португалии и Германии головоломку по-прежнему называют магический куб, а китайцы, отвергнувшие оба варианта названия, называют его венгерский куб.
Наконец, в сентябре 1979 года, после пятидневных переговоров, игрушкой удалось заинтересовать компанию IdealToyCorporation, крупного производителя игрушек, был подписан контракт на поставку в Америку 1 млн. кубиков.
Американец Лари Николс запатентовал свой магнитный куб (головоломку, сходную с КР) в одно время с Рубиком. Однако его игрушка не прижилась и была отвергнута производителями игр. А еще год спустя японцу Теруточи Ичиге удалось запатентовать в Японии точную копию венгерского кубика. Но мир покорил не кубик Николса или Теруточи, а именно кубик Рубика.
В 1980 году состоялся международный дебют кубика, он успешно побывал на игрушечных ярмарках Лондона, Парижа, Нью-Йорка, Нюрнберга, даже в Голливуде, где его представляла венгерская кинозвезда Габор.
Кубик выиграл престижную награду BATR ToyoftheYear в 1980, а затем и в 1981. В Англии прошла церемония представления кубика принцу Чарльзу и леди Диане, в честь свадьбы которых был выпущен специальный тираж. В 1982 статья о кубике Рубика появилась в Оксфордском словаре.
За два дебютных года по всему миру было продано более 100 млн. фирменных кубиков. И еще в полтора раза больше подделок, к их производству подключились Тайвань, Коста-Рика, Бразилия, Гонконг.
Из-за цветной пластмассовой игрушки мир охватила массовая истерия: в 1981 году Патрик Боссер, 12-летний английский школьник опубликовал книгу You Can Do The Cube со своей технологией решения КР. Она была продана в количестве около полутора миллионов экземпляров в семнадцати переизданиях и возглавила список бестселлеров года!
В начале восьмидесятых кубик Рубика в СССР был большой редкостью. В магазинах за кубиком выстраивались очереди, а отпускались кубики не более чем по 2 штуки в одни руки. Доходило даже до того, что кубик давали в качестве взятки чиновникам!
2.1. Способы сборки головоломки.
2.1.1. Классический способ.
Это способ для новичков. Кубик собирается послойно по этапам:
1. правильный крест в первом слое;
2. углы первого слоя;
3. рёбра среднего слоя;
4. крест в последнем слое;
5. расстановка рёбер последнего слоя;
6. расстановка углов последнего слоя;
7. разворот углов последнего слоя.
В этом способе используются так называемые формулы. (прил. 5)
2.1.2. Способ Валерия Морозова.
2 способ. Способ Валерия Морозова (интуитивный) – здесь нет готовых формул для заучивания. Сборка начинается с 8 угловых элементов. Этот способ для продвинутых.В данной инструкции я расскажу о методе сборки классического кубика Рубика 3х3х3 методом Валерия Морозова.
1. Выбираем для себя 2-х противоположенных цвета, например, Белый и Желтый. Эти цвета будут играть роль базовых цветов.
2. Производим сборку 8 угловых элементов (углов). Отметим, что каждый угол обязательно содержит базовый цвет - Белый или Желтый:
2.1. На верхней грани собираем любые 4 угла, ставя их таким образом, чтобы они смотрели базовым цветом вверх. Например, может получиться 3 Желтых и 1 Белый, пока мы не будем разделять базовые цвета.
2.2. На нижней грани переворачиваем 4 угла базовым цветом вниз. После этого у нас получается, что базовые цвета на нижней и верхней грани смотрят по разные стороны.
2.3. Используя только повороты боковых слоев на 180⁰ и любые повороты верхнего и нижнего слоя на верхней грани собираем 4 угла с Белым цветом, а на нижней 4 угла с Желтым цветом.
2.4. Делаем расстановку углов по своим местам. После этого углы у нас собраны.
3. Собираем 4 реберных элемента (ребра), которые находятся на среднем слое, на слое, который
находится между верхним и нижним слоем. Можно заметить, что ни один из этих 4-х ребер не содержит базового цвета, на этом этапе, мы как бы избавляемся от этих 4-х ребер. В итоге у нас получится собранными 4 столбика.
4. Собираем оставшиеся 8 ребер, каждое из которых обязательно содержит базовый цвет - Белый или Желтый:
4.1. Спарим 2 любых ребра, так чтобы они образовали правильную реберную пару и поставим ее на свое место. В итоге у нас получится 2 буквы «П». Остается собрать 6 ребер, или 3 реберные пары.
4.2. Добавляем на том слое, где верхняя часть 2-х букв «П» смотрит базовыми цветами вверх, еще 2 любых ребра, так чтобы они так же встали базовыми цветами вверх. В итоге получится, что на этом слое все 4 ребра смотрят базовыми цветами вверх.
4.3. Анализируем центры и переворачиваем 4 ребра на противоположенном слое, так же базовыми цветами вверх. Если для их установки нужно суммарно повернуть слои на 0, 180, 360 градусов, то считаем что они стоят правильно, и используем комбинацию, при которой положение центров не изменится. Если для их установки требуется суммарно повернуть слои на 90 или 270 градусов, то они стоят неверно и в этом случае нам нужно применить комбинацию, при которой произойдет дополнительный поворот среднего слоя на 90⁰.
4.4. Производим спаривание 6-ти реберных элементов, чтобы они образовали 3 правильные пары.
4.5. Производим расстановку 3-х реберных пар по своим местам.
5. Устанавливаем центры на свои места. После этого весь куб собран.
2.1.3. Способ Джессики Фридрих.
3 способ. Способ Джессики Фридрих (послойный) - самый популярный метод скоростной сборки . Сборка, как и в классическом способе, начинается с креста на одной из сторон. Но формул больше. За счет этого сборка происходит быстрее.
|
|||||
|
|||||
|
|||||
|
|||||
|
|||||
|
|||||
2.2. Моя коллекция кубиков Рубиков
Количество видов кубиков Рубика на сегодняшний день сложно подсчитать. Не стоит путать пирамидку Мефферта с кубиком Рубика. Она была изобретена раньше кубика, еще в 1972 году. (прил. 6)
Привожу в своей работе, только те кубики, которые мне удалось собрать в свою коллекцию.
-
Карманный куб (2x2) (прил. 7). В общем, это упрощённая версия кубика, который можно собрать даже наугад. Идеально подойдет для новичков, чтобы разобраться с системой головоломок Рубика и привыкнуть к кубикам.
-
Кубик 3х3.Этот кубик – самый популярный из всех его разновидностей, родоначальник дальнейших головоломок.
-
Световой кубик Рубика (светится в темноте).
-
Скваер-1 (прил. 8) О симметричности этого кубика даже и говорить не стоит: её просто нет! Отличается тем, что имеет цельный, «слипшийся» элемент посередине. Не так популярен, однако собирать его очень интересно.
-
Скваер-2.
-
Кубик 6х6 (прил. 9) Для самоотверженных и уверенных в себе игроков. Существует отдельная формула для кубиков с чётным количеством элементов на стороне, однако самой популярной является формула под названием «Пиф-паф».
-
Мега Минкс (прил. 10). Такое снилось в страшном сне даже самому Эрнё Рубику! Волшебный додекаэдр или Мега Минкс имеет 12 цветов, в отличие от остальных головоломок, у которых их всего четыре. Также имеет разбитую на части «звезду» по центру, а стороной является не квадрат, а пятиугольник. Самая сложная головоломка на соревнованиях. Существуют также гигаминкс, тераминкс, петаминкс, йотаминкс – Мега Минкс разбивают на более мелкие части. Порой кажется, что их собрать просто невозможно.
-
Головоломка куб сундук сокровищ. (прил.11)По сборке не отличается от обычного кубика Рубика. И все формулы сборки работают на нем.
-
Кубик рубик 3х3 PILLOW ЦВЕТНОЙ МАРКИ QJ(прил.12). Это так же обычный кубик, но имеет немного округленные края. Он приятный на ощупь.
Вывод.
Итак, изучив доступную литературу и выбрав наиболее простые способы сборки кубика Рубика моя гипотеза подтвердилась. Я полностью могу собрать кубик пока классическим способом и способом Джесики. Способ Валерия Морозова для меня еще сложноватый, я немного путаюсь, но со временем я освою и этот способ. Но мне интересны и другие, я буду знакомиться с ними дальше.
Заключение.
Собирать кубик не только интересно, но и полезно! Это развивает гибкость и скорость мышления, помогает быстро оценивать обстановку и принимать решение, развивает усидчивость и способность добиваться результата.
Лично мне сборка кубика помогает снять психологическую нагрузку за день.
Закончив свою работ, я могу сказать, что всё то, что было задумано, в целом получилось. Я сам научился собирать кубик Рубика, и могу помочь тем, кто ещё не овладел алгоритмом сборки, но очень хочет научиться собирать кубик. Так же я собираюсь пополнять свою коллекцию новыми и интересными головоломками.
В будущем планирую придумать свой способ со своими формулами.
3.Литература
-
Сайт ru.wikipedia.org;
-
Сайт https://vk.com/doc185254069_221181968
-
Сайт https://speedcubing.com.ua/howto/3x3fri1.php
-
Сайт http://magiccubes.ru/
Приложение
П риложение 1. Кубик Рубика Приложение 2. Устройство кубика Рубика
Приложение 3.Эрнё Рубик Приложение 4. Деревянная
модель первого кубика
Приложение 5. Классический способ сборки
П риложение 6. Пирамидка Мефферта Приложение 7. Кубик 2х2
Приложение 8. Скваер-1 Приложение 9. Кубик 6х6
Приложение 10. Мега Минкс Приложение 11. Сундук сокровищ
Приложение 12 .PILLOW ЦВЕТНОЙ МАРКИ QJ