Знакомый и незнакомый кубик Рубика

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сазанов Н.С. 1

---

1 Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2 с углубленным изучением физики, математики, русского языка и литературы» (Школа № 2)

Зайцева Е.И. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2 с углубленным изучением физики, математики, русского языка и литературы" (Школа № 2)

Работа в формате PDF

3.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Однажды на одном youtube-канале я увидел, как собирают кубик Рубика, и заинтересовался, смогу ли я его собрать. После покупки первого кубика я стал искать информацию по его сборке. Много статей о кубике было напечатано в популярных советских журналах (приложение 2).

Актуальность:

Сборка кубика Рубика на скорость является всемирным увлечением. Соревнования WCA проводятся в 18 дисциплинах. Возраст спидкуберов неограничен никакими рамками.

Словарь спибкубера представлен в приложении 1.

Объект исследования: кубик Рубика.

Предмет исследования: алгоритмы сборки кубика Рубика.

Цель: изучение методов сборки кубика Рубика. Коллекционирование разных головоломок.

Задачи:

Изучить литературу по данной теме, а именно, какие существуют головоломки.

Изучить историю изобретения кубика Рубика.

Изучить строение кубика Рубика.

Изготовить бумажную модель кубика Рубика.

Познакомиться с методами сборки кубика Рубика.

Изготовить пособие по сборке кубика Рубика методом новичка для обучения желающих учеников моей школы.

Начать изучать метод скоростной сборки Джессики Фридрих.

Изучить фирмы выпускающие головоломки.

Познакомиться с правилами и дисциплинами соревнований WCA.

Оформить брошюру «Моя коллекция».

Провести анкетирование.

Гипотеза

Несмотря на то, что кубик Рубика является сложной головоломкой, она решается повторением однообразных простых действий.

Проблемы

Непонимание языка вращения.

Запоминание алгоритмов, содержащих большое количество вращений.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 История возникновения кубика Рубика

13 июля 1944 года в Будапеште. В этот день на свет появился Эрно Рубик (рис.1).

Его отец был авиаинженером на заводе в Эстергоме, мать – поэтесса.

Рис. 1. Эрно Рубик

В 1967 году Эрно закончил технический университет в Будапеште по специальности инженер-строитель, продолжил обучение в аспирантуре на скульптора и дизайнера. В 1971-1975 годах работал архитектором, затем снова вернулся в академию и получил звание профессора.

В 1974 году Эрно Рубик преподавал венгерским студентам промышленный дизайн и архитектуру. По одной из версий, кубик Рубика (рис. 2) был придуман как учебное пособие, чтобы наглядно объяснить основы математической теории групп. Задача изобретателя была такова: заставить отдельные разноцветные кубики свободно вращаться на своих местах, не нарушая конструктивного единства всего приспособления. В качестве первых испытателей головоломки выступали друзья Рубика и студенты Академии.

В 1975 году Рубик получил патент на своё изобретение. Однако выпуск опытной промышленной партии кубиков состоялся лишь в конце 1977 года. Первым производителем кубика был небольшой будапештский кооператив, выпустивший кубик как новогоднюю игрушку под Рождество 1978 года.

Рис. 2. Деревянный опытный образец кубика Рубика²

Однажды кубик Рубика в руках официанта увидел немецкий предприниматель Тибор Лакзи. Увлекающийся математикой Лакзи пришел в восхищение от игрушки и занялся ее продвижением вместе с Томом Кремером – успешным изобретателем игр.

В результате их стараний в начале 1980 года началось настоящее «кубическое» нашествие. В то время было выпущено около 100 миллионов «легальных кубиков» и еще больше подделок.³

На западе Кубик Рубика появился в мае 1980 года (рис. 3), а в СССР Кубик пришел «в массы» в 1981 году. По некоторым данным, права на выпуск игрушки обошлись СССР в немыслимую тогда сумму 3 миллиона долларов.

Рис. 3 Оригинальный кубик Рубика изготовленный в 1980 году.

В 1982 году в Будапеште прошел чемпионат мира по сборке кубика Рубика. В нём приняли участие представители 19 стран – победители национальных чемпионатов.⁴

За свою карьеру изобретателя головоломок Эрно Рубиком были придуманы следующие головоломки (рис. 4).

Рис. 4 Головоломки, изобретенные Эрно Рубиком

1.2 Устройство механизма кубика Рубика

Эрно Рубик подал в Венгрии заявку на патент своего изобретения – головоломки 3х3х3. В заявке был описан принцип работы и приложен чертёж механизма головоломки (рис. 5). Патент зарегистрировали только в 1975 году под номером 170062.

Производственные возможности того времени были не столь совершенны как сейчас и потому качество выпускаемой продукции было невысоким. А «тот самый характерный хруст» был ничем иным как звуком плохо подогнанных частей. К тому же не было технических возможностей по масштабному производству головоломки и это повлекло большой дефицит быстро ставшей популярной интеллектуальной игрушки.

Рис. 5 Чертёж, который прилагался к заявке на патент

головоломки 3х3х3 (кубика Рубика).

Кубик Рубика состоит из двадцати шести маленьких кубиков, а в центре всей конструкции находится трёхмерная крестовина, на которой вращаются центральные кубики каждой грани (рис. 6). Благодаря такой конструкции все грани головоломки крутятся.⁵

Рис. 6 Все детали механизма кубика Рубика.

Несмотря на сохранившийся принцип вращения кубика Рубика, кубики в данный момент имеют существенное преимущество в легкости и скорости вращения. Строение современного кубика Рубика представлено в таблице 1.

Таблица 1

Строение современного кубика

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Исследование 1. Анкетирование

Для опроса учащихся мною была подготовлена анкета (приложение 3). Опрос проводился на разных ступенях обучения: начальной (4г класс), средней (7г и 7м классы) и старшей (11а и 11б классы).

В анкетировании приняло участие 124 человека: 22 ученика из 4 класса, 49 ­из 7 классов и 53 ученика из 11 классов. Результаты представлены в таблице (приложение 4).

На первый вопрос «Есть ли у вас кубик Рубика?» – 57% опрошенных имеют кубик Рубика дома, у 43 % этой головоломки нет.

86% респондентов пытались собирать Кубик, 14 % не собирали вообще.

Большинство опрошенных (69%) правильно назвали изобретателя головоломки, 30% опрошенных не знают, кто изобрел кубик Рубика. 1% (1 человек) ответил, что изобретателем головоломки является Дядя Руб.

36 % учащихся умеют собирать кубик полностью, 25% собирает 2 слоя, 24% один слой и 15% головоломку собирать не умеют.

Более детальное исследование 4 вопроса анкеты показало, что ученики 4 класса не умеют полностью собирать головоломку.

На 5 вопрос респонденты не давали точного ответа. Опрос показал, что большинство (90%) не знает никаких головоломок, кроме кубика Рубика.

На 6 вопрос 61% опрошенных ответили утвердительно, 20% не хотят научиться собирать кубик, 14% уже умеют собирать головоломку.

2.2 Исследование 2. Моя коллекция

Меня заинтересовал вопрос, какие еще существуют головоломки подобные кубику Рубика. В магазинах города удалось найти разные кубики, некоторые головоломки были заказаны в интернет–магазине, а часть мне подарили. Один кубик Penrose Cube мне сделал папа. Так я собрал свою коллекцию головоломок (рис.7).

Рис.7 Моя коллекция

В моей коллекции есть такие кубики как 2х2, 3х3, 4х4, 5х5, 6х6, 7х7, стикермоды и шейпмоды кубиков 2х2 и 3х3, скьюб, сквайер, IvyCube, GearCube и другие.

К шеймодам 2х2 относятся такие головоломки как домик, кот, слоник и зеркальный куб 2х2. Зеркальный куб также можно отнести и к стикермодам.

Шейпмоды 3х3: яблоко, звезда, сердце, шарик, мастер пироморфикс.

Некоторые стикермоды (Судоку кубы и Куб-календарь) я решил изготовить сам. За основу взял обычный кубик Рубика, стер с них с помощью жидкости для снятия лака краску (приложение 5). И наклеил наклейки (приложение 6).

Для изготовления бандажного куба я вырезал 3 наклейки: красного, желтого и синего цвета из самоклеящейся пленки. Наклейкой одного цвета я заклеивал 4 кубика на одной грани с одного угла.

При изготовлении сиамских кубов я убрал часть элементов, а другие элементы склеил с помощью суперклея и соды.

Более детально свою коллекцию я описал в брошюре.

2.3 Исследование 3. Строение кубика 3х3

Чтобы наглядно понять строение кубика Рубика, я решил склеить его бумажную модель (рис.8 ). Шаблон можно увидеть в приложении 8.⁶

Проверить количество элементов, входящих в кубик Рубика, можно с помощью продуктов, приготовив необычный винегрет⁷.

Мне понадобятся соленые огурцы, вареный картофель, вареная свекла, вареная морковь, растительное масло, уксус, соль.

Отвариваю все овощи в мундире, очищаю от кожуры после остывания. Нарезаю овощи одинаковыми кубиками, сбрызгиваю уксусом, солю, добавляю растительное масло, перемешиваю. Выкладываю из приправленных овощей кубик Рубика, подаю винегрет охлажденным, с любым соусом по вкусу.

2.4 Исследование 4. Алгоритмы сборки

Существует несколько способов сборки кубика Рубика. Как и многие я начинал собирать кубик методом новичка.

При первых попытках сборки кубика, я сначала столкнулся с проблемой понимания алгоритмов, написанных на языке вращения, например, ПВП'В' или RUR'U'.

В интернете я нашел шпаргалку А. Кима⁸, в которой алгоритмы записаны с помощью стрелок (рис. 9).

Рис.9 Графический способ записи алгоритмов в шпаргалке А.Кима

По ней мне удалось собрать кубик, но возникла еще одна проблема. Она заключалась в запоминании алгоритмов, содержащих большое количество вращений. Кубик приходилось собирать все время по бумажке. Поэтому стал искать в интернете методику, которая бы мне позволила с легкостью запомнить все этапы сборки кубика.

Такой метод я нашел на сайте Максима Чечнева.⁹ Максим обучает сборке кубика Рубика детей. В своей методике для запоминания алгоритмов он использует ассоциации и веселые истории.

После освоения метода новичка и освоения языка вращения я заинтересовался методом скоростной сборки, придуманный Джессикой Фридрих.

На данный момент я знаю несколько алгоритмов OLL и PLL с помощью фингертриксов. Алгоритмы и фингертриксы изучаю с помощью книги Станислава Баранова¹⁰ и методики Максима Чечнева на его youtube - канале: “Долгожданный OLL”¹¹ и “Максимкин PLL”¹².

2.5 Исследование 5. Уроки по сборке кубика Рубика

Мои одноклассники, увидев, как я легко и быстро умею собирать кубик стали просить меня научить и их. В результате этого у меня родилась идея создать сборник с уроками по сборке кубика Рубика методом новичка.

Для написания материала, я использовал методику Максима Чечнева, о которой рассказывал ранее, и материалы книги Станислава Баранова¹³.

Обучение сборке кубика проводил в 7м классе (рис. 10), так как по результатам опроса большее количество семиклассников хотело научиться собирать эту головоломку.

Рис.10 Процесс обучения сборки кубика Рубика

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над проектом я прошел путь от “просто хотя бы собрать кубик” до изучения скоростных алгоритмов сборки, с помощью которых мое среднее время сборки на данный момент 50 секунд. Структурировав найденную информацию, получилось сделать сборник для начинающих, так как в школе большинство респондентов хотели бы научится собирать кубик. И данный сборник им будет полезен. Второй сборник покажет, какие бывают разновидности данной головоломки, а собранный мной макет кубика из бумаги покажет его внутреннее устройство.

Для дальнейшего развития проекта ставлю перед собой следующие задачи:

Выучить все алгоритмы скоростной сборки метода Джессики Фридрих.

Научиться собирать все головоломки из моей коллекции.

Пополнить коллекцию новыми экземплярами головоломок.

Продолжать обучать сборке кубика Рубика желающих.

Поучаствовать в соревнованиях WCA.

Источники информации

https://lsc.org/news-and-social/news/beyond-rubiks-cube-day-24-production-prototype-cube

www.aif.ru/dontknows/instruction/1171865

https://speedcubing.ru/history

http://megacuber.com/index.php?page=mehanizm_kubika_rubika

https://youtu.be/75OUVzvCCww

http://ovkuse.ru/id/19125

https://www.youtube.com/watch?v=RukIJdEiOoI

http://maximchechnev.com/video-tutorials/3x3/

https://www.litres.ru/stanislav-baranov/metod-fridrih-za-mesyac-spidkubing-vidy-pif-pafov-i-kak-vyuchit-oll-i-pll-za-2-nedeli-chast-1/

https://www.youtube.com/watch?v=vDG7tg__FNo&list=PLGEUF3GGf-tol_Al34jSG_6mLxjgSvPrS

https://www.youtube.com/watch?v=P69UVywfz04&list=PLGEUF3GGf-tovgWnVg45HRuN10MDFeJUO

https://www.litres.ru/stanislav-baranov/kubik-rubika-spidkubing-metod-novichka/

http://dedfoma.ru/kubikrubika/statji.htm

Приложение 1

ГЛОССАРИЙ (СЛОВАРЬ СПИДКУБЕРА)

Продолжение приложения 1

Приложение 2

Статьи о кубике Рубика из популярных советских журналов¹⁴

Во времена СССР, когда популярность кубика Рубика была огромна, журналы "Квант", "Юный Техник", "Наука и Жизнь" уделяли этой теме достаточно внимания.

Всё про кубик Рубика 3х3 из журнала "Наука и Жизнь":

№3 1981 г. "Венгерский Кубик", И. Константинов

№2 1982 г. "А все-таки, как его собрать?", И. Константинов

№5 1983 г. "Собрать Кубик? Это не сложно!", И. Константинов

№3 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№4 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№5 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№6 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№7 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№8 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№9 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№10 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№11 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№12 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

№№3-12 1985 г. "Составляем каталог вращений кубика", И. Константинов

"Юный Техник" о кубике Рубика:

№7 1982 г. "Всем кубикам кубик", М. Мыльников

№2 1983 г. "Снова кубик Рубика", Н. Михайленко

Подборка статей о кубике Рубика 3х3 из журнала "Квант":

№12 1980 г. "Венгерский шарнирный кубик", В. Залгаллер, С. Залгаллер

№3 1982 г. "Механика волшебного кубика", М. Евграфов

№7 1982 г. "Алгоритм волшебного кубика", В. Дубровский

№8 1982 г. "Математика волшебного кубика", В. Дубровский

№9 1983 г. "Кубик в картинках", В. Дубровский

№10 1983 г. Решение узоров на кубике с обложки "Квант" №9, В.Н. Дубровский

№11 1992 г. "Новости кубологии", В. Дубровский, А. Калинин

Приложение 3

Анкета

______________________________________________

Фамилия Имя класс возраст

Есть ли у вас кубик Рубика?

______________________________________________

Пытались ли вы его собирать?

______________________________________________

Кто изобрел кубик Рубика?

______________________________________________

Умеете ли вы собирать кубик Рубика?

один слой;

два слоя;

полностью;

не умею.

Какие виды кубических головоломок вы знаете?

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Хотите ли вы научиться собирать кубик Рубика?

______________________________________________

Приложение 4

Результаты анкетирования

Приложение 5

Стираю краску с граней кубика, чтобы наклеить наклейки

Приложение 6

Наклейки для цветного судоку куба

Наклейки для судоку куба

Приложение 7

Собираю Megaminx

Приложение 8

Шаблоны кубика Рубика из бумаги

Центр Элементы крестовины

Развертка ребра Развертка угла