Механика кубика Рубика | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 30 ноября, печатный экземпляр отправим 4 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Рубрика: Прочее

Опубликовано в Юный учёный №4 (24) апрель 2019 г.

Дата публикации: 06.03.2019

Статья просмотрена: 27 раз

Библиографическое описание:

Зайцев А. А., Сайфуллина М. Л. Механика кубика Рубика // Юный ученый. — 2019. — №4. — С. 56-61. — URL https://moluch.ru/young/archive/24/1422/ (дата обращения: 17.11.2019).



 

Мы вращаем кубик, а кубик скручивает нас.

Эрнё Рубик

 

В 1974 году преподаватель архитектуры из Венгрии Эрнё Рубик изобрел сложно устроенную головоломку кубик Рубика, который до сих пор пользуется немалой популярностью среди детей, так и среди взрослых. В настоящее время, трудно найти человека, который не знал бы что такое кубик Рубика. Эта занимательная головоломка изначально была известна как «Волшебный кубик» или «Магический кубик». 30 января 1975 года Э. Рубик получил венгерский патент (HU170062) на своё изобретение, «Волшебный Куб» (Buvuos Kocka).

В настоящее время существует множество модификаций этой головоломки, способов его сборки, проходят соревнования в скоростные сборки кубика Рубика — спидкубинг.

Кубик Рубика — это не просто игрушка, а серьезное испытание для мыслительных способностей и проявление упорства, тех кто его собирает-испытано на себе! К тому же, в кубике Рубика кроются тайны не только в его сборке, разборке паритетов — но и в его механическом устройстве. И не исключено, что многие любители этой головоломки задавались вопросом: Как же устроена механическая система кубика Рубика? Чем отличается внутренние устройства кубика Рубика, которую предложил в свое время сам изобретатель и устройством “современного” кубика Рубика? Ведь понимание устройства кубика Рубика, помогает быстрее понять основы его сборки.

Этот вопрос меня очень заинтересовал, в связи с тем, что я увлечен сборкой кубика Рубика (научился собирать 2х2-карманный куб; 3x3-классический куб; 4x4 — реванш куб; 5x5 — профессорский куб; 6х6 и мегаминкс) а вот с механической системой незнаком…

И я поставил себе цель: выяснить уникальную механическую систему кубика Рубика 3х3, предложенную Э.Рубиком и сравнить ее с несколькими вариантами внутренних механизмов современных кубиков Рубика 3х3 (усовершенствованного и скоростного кубика Рубика).

Кубик Рубика — это объёмная головоломка, представляющая собой стереотипный механизм в виде пластмассового куба, размером 3 на 3 квадрата.

Каждая из 6 граней, состоит из девяти квадратов (всего в головоломке 54 квадрата) и имеет свой отдельный цвет.

Классические цвета кубика Рубика:

−        синий,

−        белый,

−        красный,

−        зеленый,

−        желтый,

−        оранжевый.

Расположены грани следующим образом: белый напротив жёлтого, красный напротив оранжевого, синий напротив зелёного.

Золотой стандарт кубика, вычисленный самим Эрнё Рубиком и соблюдающийся до сих пор — это длина стороны, равная 57 мм.

Собрать кубик Рубика — значит путем поворота граней куба, добиться того, чтобы каждая сторона состояла из граней одного цвета.

Для изучения внутреннего механизма кубика Рубика 3х3 классического и усовершенствованного — я их разобрал на части, а затем сложил обратно.

При этом выяснил следующее:

1. Классический кубик Рубика 3х3.

Внешне он представляет из себя куб, как бы разрезанный на 27 маленьких кубиков, но в действительности их 26. Но эти 26 кубиков назвать кубиками можно лишь условно, все они имеют разные выпуклости, выемки и шипы, благодаря которым они держаться друг за друга и перемещаются. И еще их все можно разделить на три группы, в зависимости от того, где они располагаются на гранях большого куба:

Шесть маленьких кубиков (Центральные кубики) -расположены они в центре каждой грани большого куба. Основа куба — крест, к тонким осям которого прикреплены на винтах 6 центральных кубиков. Окрашены они только с одной стороны, с которой и видны.

Все центральные кубики связаны между собой тремя осями. Каждая пара противоположно расположенных центральных кубиков вращается только вокруг одной своей оси. Центр – это единственная составляющая, которая не может перемещаться, т. е. центральные кубики нельзя сдвинуть с места. Центральные сегменты определяют исходный цвет соответствующей грани. Если на данной стороне центральный кубик белый, значит. Это будущая белая грань. Именно этот факт и необходимо учитывать при сборке граней.

https://zakubi.com/blog/wp-content/uploads/2018/03/Kubik_Rubika_centr.jpg

а)

б)

Рис.1.

а) Центральные кубики

б) Крест и на нем крепятся центральные кубики

 

Восемь маленьких кубиков (Угловые кубики), находящихся на углах большого куба, окрашены одновременно тремя разными цветами с трех видимых сторон. Все 8 угловых кубика могут перемещаться.

https://zakubi.com/blog/wp-content/uploads/2018/03/Kubik_Rubika_ugol.jpg

 

 

Рис.2. Угловые кубики

 

Двенадцать маленьких кубиков (Средние, Бортовые кубики), расположены на середине ребер большого куба, покрашенные только с двух видимых сторон. Именно они соединяют центры. Все 12 бортовых кубика также могут перемещаться.

https://zakubi.com/blog/wp-content/uploads/2018/03/Kubik_Rubika_rebra-1.jpg

 

Рис.3. Бортовые кубики

 

ппу

Рис.4. Схема механизма классического кубика Рубика 3х3

 

Я, понял: «взаимоотношения» маленьких кубиков не произвольны, а основаны на строгом порядке. Сколько ни верти ряды кубиков относительно друг друга, угловые кубики всегда останутся угловыми, бортовые — бортовыми, а центральные — центральными. Эту очевидную истину иногда в шутку называют основной теоремой «кубологии».

Таким образом, основа куба – жесткий каркас: трехмерная крестовина, которая находится в центре конструкции, и на ней вращаются 6 центральных кубиков, прикрепленные к тонким осям креста на винтах. Они могут вращаться вместе с гранью, которая перемещается заодно с центральным кубиком данном грани. В некоторых моделях есть пружинка, надетая на тонкий конец креста, позволяющая оттягивать при повороте поворачиваемый слой кубиков.

https://zakubi.com/blog/wp-content/uploads/2018/03/Kubik_Rubika_pruzina.jpg

Рис.5. Пружинка

 

В центральных и бортовых кубиках с внутренней стороны сделаны вырезки таким образом, что получается полость в виде объединения трёх цилиндров. Кроме этого, на бортовых и угловых кубиках имеются выпуклости разной формы. Они образуют фрагмент цилиндра, который плотно входит в упомянутую выше полость. С помощью такой конструкции грани кубика свободно вращаются с внутренних сторон центральные, бортовые и угловые кубики имеют различные вырезы.

Механическая система кубика Рубика уникальна по своей простоте и изяществу.

 

 

Рис.6. Внутреннее соединение кубиков

 

2. Усовершенствованный механизм кубика Рубика в виде сферы.

В таком кубике внутренний механизм выполнен не в виде креста, а в виде шара. Кубик крутится более плавно, мягче и при этом точнее. Благодаря новому механизму, теперь кубик Рубика «режет углы». Это означает, что даже если в процессе сборки какая-то из сторон кубика оказалась, не повернута до конца, то поворот другой стороны, пересекающей эту, довернет сторону.

А, вот все 26 кубиков ничем не отличаются от классического варианта.

Рис.7. Усовершенствованный механизм Rubik’s Studio в виде сферы

 

3. Скоростной Кубик Рубика.

Это обновленный механизм на базе шара, с использованием пружинок и винтиков пользуется особой популярностью у спидкуберов — людей, соревнующихся в сборке кубика Рубика на скорость.

Сам кубик делается из более дорогой пластмассы. Используется для профессиональной сборки и, к сожалению, у него высокая ценовая категория.

Рис.8. Устройство скоростного кубика

 

С каждым годом улучшается внешний вид кубика и совершенствуется внутренний механизм.

В результате я сделал много интересных открытий для себя.

  1.     Познакомился с историей создания кубика Рубика, о его разновидностях и других головоломок, похожих и непохожих на него, узнал немало интересных фактов, связанных с ним, и теперь готов поделиться этой информацией с друзьями.
  2.     Выяснил уникальную механическую систему классического кубика Рубика 3х3 и сравнил ее с механической системой усовершенствованного и скоростного кубика Рубика 3х3.
  3.     Благодаря кубику Рубика развивается: моторика рук, логика, память, дикция, усидчивость, быстрое мышление.

«Если вы любопытны, вы найдёте головоломки вокруг вас. Если вы решительны, вы их решите». Эрне Рубик.

 

Литература:

 

  1.     № 3 1981 г. «Венгерский Кубик», журнала «Наука и Жизнь».
  2.     № 2 1982 г. «А все-таки, как его собрать?", журнала «Наука и Жизнь».
  3.     № 5 1983 г. «Собрать Кубик? Это не сложно!", журнала «Наука и Жизнь».
  4.     № 3 1982 г. «Механика волшебного кубика», М. Евграфов, журнал «Квант».
  5.     № 7 1982 г. «Алгоритм волшебного кубика», В. Дубровский, журнал «Квант».
  6.     № 7 1982 г. «Всем кубикам кубик», М. Мыльников, журнал «Юный Техник».
  7.     № 2 1983 г. «Снова кубик Рубика», Н. Михайленко, журнал «Юный Техник».
  8.     https://www.5692.com.ua/news/929690/kak-ustroen-kubik-rubika-sravnenie-vseh-izvestnyh-mehanizmov.
  9.     https://zakubi.com/blog/statja/kak-ustroen-kubik-rubika.html.
Основные термины (генерируются автоматически): кубик, скоростной кубик, куб, сторона, внутренний механизм, механическая система, уникальная механическая система, центральный кубик, механическая система кубика, вид сферы.


Похожие статьи

Механические головоломки как тренажер для мозга

Какой грандиозный успех сопровождает головоломку кубик Рубика с самого первого дня её изобретения! Различные механические головоломки по типу кубика Рубика создаются и в наше время. Очень велика польза механических головоломок для детей разного возраста.

Математическое моделирование в детском саду

1. Моделирование из кубиков одноцветных дорожек разной длины, выстраивание сериационных рядов из 2 и 3 дорожек, отличающихся по длине.

Другой частный случай классификации множества единичных кубиков, на которые разбит прямоугольный параллелепипед.

GeoGebra как средство решения стереометрических задач

К данной задаче, в системе GeoGebra можно создать 3D-модель, причём, если использовать 3D-модель только в качестве наглядного пособия, то точное численное соблюдение всех значений величин пирамиды не требуется и достаточно просто с помощью средств данной программы...

Математическая модель и интерпретация эффекта...

В статье проведён анализ поведения кривой эффекта Даннинга-Крюгера и в результате обработки получена пара взаимосвязанных уравнений, описывающих поведение уровня самооценки в зависимости от уровня квалификации на этапах обучения и набора опыта.

Технологический манипулятор высокой маневренности...

Вершиной таких систем являются роботизированные предприятия, основа которых – промышленные манипуляторы. Манипулятор – механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов.

Учебные компьютерные модели маятников | Статья в журнале...

В статье рассматриваются учебные компьютерные программы как один из распространенных видов учебных моделей. В качестве примера приводятся программы, моделирующие движение маятников.

Использование компьютерной модели математического маятника...

В статье описана компьютерная программа, моделирующая движение кругового математического маятника. Кратко изложена методика применения этой программы для изучения механических колебаний в курсе физики.

Характеристика метода моделирования в формировании...

В. В. Краевский определяет модель как «систему элементов, воспроизводящую определенные стороны

Поэтому модель определяется обычно как некий объект (система), исследование которого служит средством для

В дошкольном обучении применяются разные виды моделей.

Похожие статьи

Механические головоломки как тренажер для мозга

Какой грандиозный успех сопровождает головоломку кубик Рубика с самого первого дня её изобретения! Различные механические головоломки по типу кубика Рубика создаются и в наше время. Очень велика польза механических головоломок для детей разного возраста.

Математическое моделирование в детском саду

1. Моделирование из кубиков одноцветных дорожек разной длины, выстраивание сериационных рядов из 2 и 3 дорожек, отличающихся по длине.

Другой частный случай классификации множества единичных кубиков, на которые разбит прямоугольный параллелепипед.

GeoGebra как средство решения стереометрических задач

К данной задаче, в системе GeoGebra можно создать 3D-модель, причём, если использовать 3D-модель только в качестве наглядного пособия, то точное численное соблюдение всех значений величин пирамиды не требуется и достаточно просто с помощью средств данной программы...

Математическая модель и интерпретация эффекта...

В статье проведён анализ поведения кривой эффекта Даннинга-Крюгера и в результате обработки получена пара взаимосвязанных уравнений, описывающих поведение уровня самооценки в зависимости от уровня квалификации на этапах обучения и набора опыта.

Технологический манипулятор высокой маневренности...

Вершиной таких систем являются роботизированные предприятия, основа которых – промышленные манипуляторы. Манипулятор – механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов.

Учебные компьютерные модели маятников | Статья в журнале...

В статье рассматриваются учебные компьютерные программы как один из распространенных видов учебных моделей. В качестве примера приводятся программы, моделирующие движение маятников.

Использование компьютерной модели математического маятника...

В статье описана компьютерная программа, моделирующая движение кругового математического маятника. Кратко изложена методика применения этой программы для изучения механических колебаний в курсе физики.

Характеристика метода моделирования в формировании...

В. В. Краевский определяет модель как «систему элементов, воспроизводящую определенные стороны

Поэтому модель определяется обычно как некий объект (система), исследование которого служит средством для

В дошкольном обучении применяются разные виды моделей.

Задать вопрос