Скульптор и архитектор из Венгрии Эрне Рубик решил изобрести наглядное пособие, которое помогло бы его студентам лучше понять математическую теорию групп, но магический кубик так понравился эрудитам разных возрастов, что очень быстро головоломка разошлась по всему свету, сделав ее изобретателя миллионером. Схема сборки кубика Рубика на первый взгляд кажется невероятно сложной, но если внимательно изучить разработанные алгоритмы и вникнуть в принцип сборки, то решение головоломки станет состязанием на скорость.
Строение кубика Рубика и названия вращений
Без базовых знаний об устройстве кубика Рубика восстановить первоначальный вид этой головоломки будет очень сложно, не заикаясь даже о том, чтобы соревноваться в скорости ее сборки.
Более распространенный кубик 3х3 состоит из 26 элементов, которые в свою очередь делятся на:
- центральные, недвижимые элементы, имеющие один лишь цвет и не меняющие свое положение по отношению друг к другу, их всего 6 штук;
- реберные (их 12). Они двухцветные и всегда остаются на боковинах, независимо от того какие вращения были проделаны;
- угловые (8 элементов), которые остаются всегда в углах кубика и окрашены в 3 разные цвета.
В строении кубика Рубика есть еще один элемент, скрытый от наших глаз – это крестовина, к которой крепятся центральные элементы.
В зависимости от разрядности кубика тех или иных элементов может быть разное количество, или они будут полностью отсутствовать. Например, в головоломке 2х2 только угловые кубики и их всего восемь.
Шесть граней кубика раскрашены в различные цвета. Примечательно, что колеры используются только определенные и на крестовине правильного кубика Рубика они располагаются друг против друга парами: белый – желтый, красный – оранжевый, зеленый – синий.
Чтобы алгоритмы решения пространственной задачки, записанные формулами, стали понятны, нужно выучить общепринятое международное обозначение граней и их вращений.
Если взять кубик в руки, то грань, которая будет обращенная к эрудиту называться фронтальной и обозначается латинской буквой F, противоположная ей сторона – задняя (B), также выделяют соответственно левую (L), правую (R), верхнюю (U) и нижнюю (D) грани.
Чтобы обозначить поворот той или иной грани на 90° в формулах по сборке кубика Рубика указывают латинскую букву обозначающую. При двойном повороте рядом стоит цифра 2. Если поворот осуществляется против часовой стрелки, то к букве добавляется апостроф. Так R¢ означает, что правую грань нужно провернуть один раз на 90° в сторону обратную движению часовой стрелки.
Секреты сборки кубика Рубика: элементы, части, ключевые понятия
Эрне Рубик над сборкой придуманной им головоломки корпел целый месяц. Сейчас же для решивших покорить магический кубик, разработано множество методик.
Самые популярные из них:
- Для начинающих – подробное руководство, разбивающее алгоритм решения задачи на семь этапов.
- Метод Джессики Фридрих – самый популярный способ среди любителей скоростной сборки, хотя во многом он перекликается с алгоритмом для начинающих.
- Интуитивный метод Валерия Морозова. В нем полностью отсутствуют какие-либо формулы, его суть не дать готовое решение, а помочь понять устройство кубика, чтобы самостоятельно прийти к решению головоломки.
Чтобы научиться собирать кубик Рубика, часто советуют сначала разобрать головоломку на отдельные элементы, а потом снова собрать. Это поможет лучше понять ее строение и быстрее усвоить алгоритмы решения.
Прежде чем приступать к освоению той или иной методики сборки кубика следует ознакомиться с некоторыми понятиями, которые часто встречаются в алгоритмах.
Правильный крест – это крест, в котором реберные грани совпадают с цветами центральных элементов на боковых сторонах, образуя при этом на верхней грани цвета, соответствующего центральному элементу.
Неправильный крест отличается от правильного тем, что кубики, образовавшие на верхней грани крест не совпадают реберными гранями элементов с цветом боковых сторон.
Правильные пары – это пары реберных элементов с совпадающими цветами на соответствующих гранях, которые можно одновременно установить в первый и второй слой головоломки.
Схемы и этапы сборки кубика Рубика для начинающих
В данное время вариантов механической головоломки, появившейся в 1974 году, существует несколько. Это и кубики с различным количеством элементов, входящих в состав грани, а также подобные головоломки: пирамидка Меффертаи змейка, состоящая из сегментов – правильных треугольников. Рассмотрим последовательность и этапы сборки различных кубических вариаций.
Как собрать кубик Рубика 2х2
Головоломку Рубика разрядностью 2х2 называют еще Мини-кубиком. Эта головоломка хоть и появилась немного позже, но стала не усложненным, а облегченным вариантом классического кубика. Начинающий эрудит сможет освоить ее сборку всего лишь за 20-30 минут.
Решение головоломки включает в себя всего три этапа:
- Сборка первого слоя – нужно совместить элементы кубика так, чтобы на нижнем слое все они были одинакового цвета, а их боковые грани попарно совпадали по цветам.
- Расстановка элементов верхнего слоя. На этом этапе нужно определить цвет нижнего слоя. Он единственный не присутствует в нижнем слое. Затем кубики верхнего ряда расположить в тех углах, которые будут соответствовать цветам на гранях элемента, но не обязательно, чтобы цвет оказались на своих местах.
- Вращение элементов верхнего слоя – необходимо повернуть угловые кубики по часовой или против часовой стрелки, чтобы они стали в правильные позиции, и кубик Рубика будет собран.
Чтобы расположить правильно кубики нижнего и верхнего слоев, используются следующие формулы:
- меняющие местами диагональные элементы — ВФПВП’В’Ф’;
- переставляющие друг с другом соседние элементы — ФВФ’В’Л’В’Л.
Для перемещения граней элемента:
- по часовой стрелке — ФН²Ф’П’Н²П;
- против часовой стрелки — П’Н²ПФН²Ф’.
Головоломка 3х3
Чтобы собрать кубик Рубика 3х3 нужно пройти семь этапов:
- Собрать правильный крест в первом слое. Крест из элементов, какого цвета собирать не имеет никакого значения, но многие предпочитают начинать с белого колера.
- Расставить по местам углы первого слоя, и первый ряд кубиков собран.
- Разместить на своих местах ребра среднего ряда, после этого этапа будут собраны два слоя.
- Сборка правильного креста на нижнем слое.
- Размещение угловых элементов по своим местам, при этом цвета их граней должны соответствовать занимаемому углу, но не обязательно располагаться на своих местах.
- Заключительный этап состоит в развороте угловых элементов в правильные позиции.
Приступив к сборке головоломки, важно не вертеть кубик в руках, чтобы не потеряться в расположении граней, какая из них является верхней, правой, задней, левой или фронтальной.
Кубик Рубика 4х4
Решение этого варианта головоломки, несмотря на большую разрядность, можно осуществить в меньшее количество этапов:
- Сборка центров – нужно разместить в центре каждой грани по четыре элемента одинакового цвета. Здесь стоит обратить внимание, что центры этого кубика не фиксируемые, то есть можно самостоятельно выбрать, какой цвет будет напротив какого.
- Сборка ребер. На этом этапе нужно попарно расставить реберные грани по своим местам. Если все сделано правильно, то после этого получится куб, в котором лишь угловые элементы будут не на своих местах.
- Расстановка углов и решение паритетов. Используя формулы для кубика Рубика 3х3 и вращая только внешние грани можно полностью собрать головоломку. Правда на этом этапе может быть не все так гладко, могут появиться паритеты – ситуации, которые невозможны в кубике разрядностью 3х3. Может случиться так, что после их решения стройность верхнего слоя немного разрушится, в этом нет ничего страшного, расставить их в необходимом порядке помогут алгоритмы для классического варианта головоломки.
Быстрая сборка головоломки 5х5
Большая разрядность головоломки существенно не влияет на алгоритм ее решения, этапы будут такими же:
- Сначала собираем центры из девяти центральных кубиков одного цвета на каждой грани. Для осуществления этого этапа вовсе не обязательно заучивать формулы, понимание процесса намного упростит задачу, превращая ее в обычные пятнашки.
- Собираем и расставляем по своим местам тройки реберных граней. Решая эту задачу не нужно вращать центральные слои, все манипуляции должны происходить только с внешними.
- Если оказалось так, что собраны все ребра, кроме двух, которые невозможно подставить, то данная ситуация называется паритетом. Только после ее решения можно приступать к заключительному этапу сборки.
Самый быстрый способ. Метод Джессики Фридрих
Этот метод скоростной сборки чаще всего используют спидкуберы, но его не советуют для новичков, которым лучше сначала освоить пошаговый алгоритм, чтобы понять принцип головоломки. Чтобы освоить метод Джессики Фридрих придется запомнить аж 119 (!) алгоритмов, которые будут применяться на следующих этапах:
- Расстановка элементов в правильный крест на начальной стороне, в среднем эту задачу можно решить за семь ходов.
- Восстановление расположения элементов первого и второго слоя путем расстановки четырех пар «боковушка-угол». Чтобы поставить каждую пару на соответствующую сторону, также в среднем нужно будет сделать по семь ходов.
- Ориентирование оставшегося несобранного слоя, когда одновременно разворачивают и ребра и углы, чтобы они смотрели вверх цветом последней грани. Для решения этой задачи нужно освоить пятьдесят семь перестановок.
- Перемещение элементов в последнем слое, для которой придется освоить еще 21 алгоритм. По средним подсчетам метод Джессики Фридрих делает возможным решение головоломки 3х3 за 56 ходов.
Как собрать кубик Рубика с закрытыми глазами?
Если ваших навыков хватает для стабильных результатов по решению кубика Рубика с открытыми глазами за одну минуту, можно осваивать новую ступень – сборку вслепую. Здесь на передний план выходит не само решение головоломки как таковой, а запоминание расположения переставленных элементов на гранях.
Так, на соревнованиях по спидкубингу время сборки вслепую включает в себя не только время на непосредственные манипуляции с кубиком, но и время на его рассматривание.
Часто спидкуберы используют для запоминания метод Римской комнаты, который еще называют Дворцом или Дорогой Цицерона. Суть метода заключается в том, что в воображении воссоздается комната или хорошо знакомый маршрут, а понятия (в нашем случае расположение элементов головоломки) привязывается к предметам находящимся в комнате или по дороге. Затем во время решения головоломки останется только пройтись по знакомой дороге (или комнате) и расставить элементы по своим местам.
Не стоит расстраиваться, если с первого раза не удастся собрать кубик Рубика с завязанными глазами, ведь и с использованием органов осязания решить эту задачу без тренировки с первого раза практически никому не удается.
Кому принадлежит рекорд по самой быстрой сборки?
Чтобы быстро собрать кубик Рубика, нужно не только виртуозно владеть алгоритмами перемещения фрагментов головоломки на нужные позиции. Для этого требуется еще и виртуозная ловкость и скорость рук.
Тем, кто первый раз задался целью собрать эту головоломку, на ее решение может потребоваться от нескольких часов до пары дней, а вот австралиец Феликс Земдегс в 2016 году справился с этой пространственной задачей лишь за 4,73 секунды. Этот результат кажется впечатляющим, только он не предел скорости человеческого мозга и рук, поскольку уже в 2017 году зафиксировано новое достижение американского пятнадцатилетнего подростка Патрика Понса. Ему хватило всего 4,69 секунды.
Теперь настал момент, перевести дух и узнать, каков и кому принадлежит рекорд скоростной сборки кубика Рубика. Тот самый Феликс Земдегс в 2018 году побил не только свой рекорд, но и американского юного эрудита, сложив головоломку за 4,22 секунды.
