Como coletar um cubo de Rubik: um esquema para iniciantes

O quebra-cabeça, inventado como um auxílio visual à teoria algébrica, cativou repentinamente o mundo inteiro. Há décadas, as pessoas distantes da matemática superior jogam ferozmente em uma tarefa complexa e fascinante. O Cubo Mágico é uma ótima ferramenta para o desenvolvimento de pensamento e memória lógicos. Aqueles que primeiro se perguntaram como coletar o Cubo de Rubik, diagramas e comentários ajudarão a apoiar o entusiasmo e talvez descobrir o mundo do speedcubing.

Segredos da construção de um cubo de Rubik: elementos, partes, conceitos-chave

As seis faces do quebra-cabeça têm certas cores e a ordem de seu arranjo, patenteada pelo inventor. Numerosas falsificações geralmente se revelam cores incomuns ou sua posição uma em relação à outra. Os esquemas e descrições de aprendizado sempre usam esquemas de cores padrão. É muito fácil para iniciantes ficarem confusos nas explicações se você usar um cubo com um esquema de cores diferente.

Cores de faces opostas: branco - amarelo, verde - azul, vermelho - laranja.

Cada lado consiste em vários elementos quadrados. Por seu número, os tipos de cubos de Rubik são distinguidos: 3 * 3 * 3 (a primeira versão clássica), 4 * 4 * 4 (a chamada "Vingança de Rubik"), 5 * 5 * 5 e assim por diante.

O primeiro modelo, montado por Erno Rubik, consistia em 27 cubos de madeira, igualmente pintados em seis cores e empilhados um sobre o outro. Em um mês, o inventor tentou agrupá-los para que as faces de um cubo grande fossem compostas de quadrados da mesma cor. O desenvolvimento de um mecanismo que reunisse todos os elementos levou ainda mais tempo.

O cubo moderno de Rubik, de design clássico, consiste nos seguintes elementos:

• Os centros são as partes imóveis uma em relação à outra, fixadas no eixo de rotação do cubo. Eles enfrentam o usuário com apenas um lado pintado. Na verdade, seis centros formam pares de espelhos no esquema de cores.
• Costelas são elementos móveis. O usuário vê dois lados coloridos em cada borda. As combinações de cores também são padrão aqui.
• Cantos - oito elementos móveis localizados nos vértices de um cubo. Cada um deles tem três lados coloridos.
• O mecanismo de fixação é um cruzamento de três eixos rigidamente fixados. Existe um mecanismo alternativo semelhante a uma esfera. É usado em cubos de alta velocidade ou multi-elementos. A construção de cubos com um número par de elementos nas faces é especialmente complicada - este é um sistema de mecanismos de clique interconectados, às vezes combinados com uma cruz. Existem engrenagens magnéticas para cubos de velocidade profissionais.

O jogo com o Cubo de Rubik é que, com a ajuda do mecanismo móvel, os elementos coloridos nas faces são reordenados e tentam montar na ordem original.

Os fãs de quebra-cabeças competem na solução do tempo. Além do prestígio, para isso é necessário estudar, lembrar e trazer para o automatismo centenas de combinações de elementos coloridos e ações com eles. Esse esporte incomum é chamado de speedcubing.

Os torneios Speedcubers são realizados regularmente, os registros são atualizados. Novos horizontes para conquistas estão constantemente se abrindo. Como parte dos torneios, são realizadas competições para a montagem de cegamente, com uma mão, pernas e assim por diante.

O mais novo hobby é a montagem de paciência (padrões) em um cubo.

A estrutura do cubo de Rubik e os nomes das rotações

Para descrever manipulações com um quebra-cabeça, anote os esquemas de decisão, os movimentos dos elementos entre si e apenas para a conveniência da comunicação, uma linguagem de rotações foi criada. É uma designação de letra para cada face e para os modos de sua rotação.

Os lados do quebra-cabeça estão em maiúsculas.

Nos manuais em russo para montar o cubo de Rubik, use as letras iniciais dos nomes em russo:

• F - da "fachada";
• T - da "retaguarda";
• P - do "direito";
• L - da "esquerda";
• B - do topo;
• N - a partir do "fundo".

A comunidade internacional usa as letras iniciais dos nomes dos rostos em inglês.

Designações aceitas pela WCA (World Cube Association):

• R - da direita;
• L - da esquerda;
• U - de cima;
• D - de baixo;
• F - da frente;
• B - de volta.

O elemento central é chamado da mesma forma que a face (R, D, F e assim por diante).

A aresta é adjacente a duas faces, seu nome consiste em duas letras (FR, UL e assim por diante).

O ângulo, respectivamente, é descrito por três letras (por exemplo, FRU).

Os grupos de elementos que compõem as camadas intermediárias entre as faces também têm seus próprios nomes:

• M (do meio) - entre R e L.
• S (de pé) - entre F e B.
• E (do equatorial) - entre U e D.

A rotação de faces é descrita por letras que nomeiam faces e ícones adicionais.

• O apóstrofo "’ "indica que a face ou camada gira no sentido anti-horário.
• O número 2 indica a repetição do movimento.

Possíveis ações com o rosto, por exemplo, com o direito:

• R - rotação no sentido horário;
• R '- rotação no sentido anti-horário.
• R2 é uma volta dupla, não importa em que direção, uma vez que a face tem apenas quatro posições possíveis.

Para determinar a maneira de virar um rosto, você precisa apresentar o mostrador do relógio e ser guiado pelo movimento de um ponteiro imaginário.

A rotação das faces opostas "no sentido horário" é obtida no contador.

Os movimentos das camadas intermediárias estão vinculados às faces externas:

• A camada M gira nas mesmas direções que L.
• A camada S é como F.
• Camada E - como D.

Outra designação importante de "w" é a rotação simultânea de duas camadas adjacentes. Por exemplo, Rw é a rotação simultânea de R e M.

As voltas de todo o cubo são chamadas de interceptações. Eles são executados em três planos, ou seja, em três eixos de coordenadas: X, Y, Z.

• x e x 'são as rotações do eixo X de todo o cubo. Os movimentos coincidem com as curvas do lado direito.
• y e y 'são as rotações do cubo ao longo do eixo Y. Os movimentos coincidem com as rotações da face superior.
• z e z '- rotação do cubo ao longo do eixo Z. O movimento coincide com a rotação da face frontal.
• x2, y2, z2 - designações de interceptações duplas no eixo especificado.

Além das notações geralmente aceitas, os manuais de montagem estão cheios de gírias, nomes de técnicas, técnicas, algoritmos, padrões e figuras em um cubo que são populares entre os speedcubers e assim por diante. Descrições esquemáticas de algoritmos que usam apenas setas não são menos solicitadas. Quanto mais experiência ganha na solução do quebra-cabeça, mais fácil é entender as descrições e explicações, muitas coisas começam a ser percebidas intuitivamente.

• Elementos de cor da tampa coletados em um lado do cubo. Montar um quebra-cabeça é o mesmo que montar todos os seis caps.
• Elementos coloridos na faixa adjacentes ao cabeçalho. A tampa pode ser montada para que a correia seja composta por fragmentos de cores diferentes, ou seja, os elementos de canto e nervura não estão no lugar.
• Cruz - uma figura em um chapéu de cinco fragmentos da mesma cor. A montagem geralmente começa com a construção de uma cruz. Não há um guia claro. Este passo permite a maior liberdade de ação e requer alguma reflexão. Quando a cruz estiver pronta, resta seguir os algoritmos aprendidos.
• Virar - virar um canto ou aresta em um lugar em relação ao centro, esta ação requer o uso de algoritmos especiais.

Esquemas e etapas de montagem de quebra-cabeças para iniciantes

Esquemas para iniciantes o ajudarão a aprender e economizar seus nervos, coletando um cubo irremediavelmente emaranhado, sentir a lógica dos movimentos e elaborar os algoritmos mais simples.

Antes de executar qualquer ação, você deve examinar o cubo. Nas competições, a "pré-inspeção" leva 15 segundos. Durante esse período, você precisa encontrar elementos da mesma cor, que serão coletados em um "chapéu" no primeiro estágio. Tradicionalmente, eles começam pelo lado branco, ou seja, a maioria dos manuais assume que U é branco. Os cubos de velocidade “multicoloristas” podem começar a montar de qualquer direção, reconstruindo mentalmente todos os algoritmos prontos.

Cubo de Rubik 2x2

O “mini cubo” consiste em 8 elementos de canto. No primeiro estágio, uma camada de quatro cantos é coletada. No segundo estágio - os cantos restantes são colocados em seus lugares, enquanto podem ser virados de cabeça para baixo, ou seja, elementos coloridos não estarão em seus rostos. Resta implantá-los do lado direito.

• O algoritmo "bang-bang" permite mover o elemento de canto e orientá-lo corretamente. Se você executar essa sequência de ações seis vezes seguidas, o cubo retornará à sua posição original. Portanto, se o cubo estiver misturado, você deverá aplicá-lo de 1 a 5 vezes para definir o elemento corretamente. Registro de algoritmo: RUR'U '.
• Quando uma camada é montada, é necessário girar o cubo com a segunda camada para cima. Movendo essa camada em qualquer direção, defina um dos cantos em seu lugar. Em seguida, é aplicado um algoritmo que permite trocar dois elementos adjacentes - os cantos direito e esquerdo da face frontal. A sequência de ações é a seguinte: URU'L'UR'U'LU.
• Quando todos os cantos estão no lugar, eles são invertidos (invertidos) usando o algoritmo “bang-bang”. Neste ponto, é importante não interceptar o cubo.

Como coletar um cubo de Rubik 3x3

1. Construa uma “cruz branca” coletando 4 arestas com adesivos brancos ao redor do centro branco.
2. Combine os centros de cores dos lados R, L, U, D com as bordas correspondentes da “cruz branca”.
3. Coloque os cantos no lugar com adesivos brancos. Usando o algoritmo R’D’RD, repetido até cinco vezes, os cantos girarão para a posição correta.
4. Para colocar as arestas da camada do meio, você precisa interceptar o cubo - y2. Selecione costela sem adesivo amarelo. Combine-o com o centro, combinando em cores de um lado. Usando fórmulas, mude a borda para a camada do meio: a borda cai para a esquerda: U'L'ULUFU'F '. A borda cai para a direita: URU'R'U'F'UF.Se um elemento estiver em seu lugar, mas girado incorretamente, esses algoritmos serão usados ​​novamente para movê-lo para a terceira camada e reinstalá-lo.
5. Sem interceptar o cubo, colete a cruz amarela na tampa da terceira camada, repetindo o algoritmo: FRUR'U'F '.
6. Combine as arestas da última camada com os centros laterais corretamente, como foi feito para a primeira cruz. Duas costelas se encaixam facilmente. Os outros dois terão que ser trocados.Se eles são um contra o outro: RUR'URU2R '. Se em lados adjacentes: RUR’URU2R’U.
7. Posicione os cantos da última face nas posições corretas. Se nenhum deles estiver no lugar certo, aplique a fórmula URU'L'UR'U'L. Um dos elementos permanecerá correto. Para interceptar o cubo nesse ângulo para si mesmo, ele será o canto superior direito na borda frontal. Mova os cantos restantes no sentido anti-horário para URU'L'UR'U'L ou, inversamente, U'L'URU'LUR '. Nesta fase, todos os sites coletados serão reconstruídos, parece que algo deu errado. É importante garantir que o dado não role e o centro de F não se mova em relação ao usuário. A combinação de movimentos deve ser repetida até 5 vezes.
8. Pode ser necessário expandir os elementos dos cantos alinhando os fragmentos de cores com o restante das faces corretamente. Para expandi-los (inverter) eles, a primeira fórmula é usada: R’D’RD. É importante não interceptar o cubo para que F e U não sejam alterados.

Cubo de Rubik 4x4

Quebra-cabeças com mais de três elementos em uma aresta envolvem um número muito maior de combinações.

Especialmente difíceis são as opções “pares”, pois elas não possuem um centro rigidamente fixo que ajuda a navegar no quebra-cabeça clássico.

Para 4 * 4 * 4, são possíveis cerca de 7,4 * 1045 posições do elemento. Portanto, ele foi chamado de "vingança de Rubik" ou Cubo Mestre.

Designações adicionais das camadas internas:

• f - frontal interno;
• b - traseira interna;
• r é o direito interno;
• l - esquerda interior.

Opções de montagem: camada por camada, dos cantos ou da projeção para 3 * 3 * 3. O último método é o mais popular. Primeiro, quatro elementos centrais são coletados em cada face. Em seguida, os pares de nervuras são ajustados e, finalmente, os ângulos são definidos.

• Ao coletar elementos centrais, é preciso lembrar que cores são contrastadas em pares. Algoritmo para trocar elementos dos quatro do meio: (Rr) U (Rr) 'U (Rr) U2 (Rr)' U2.
• Ao montar as nervuras, apenas as faces externas giram. Algoritmos: (Ll) 'U' R U (Ll); (Ll) 'U' R2 U (Ll); (Ll) 'U' R 'U (Ll); (Rr) U L U '(Rr)'; (Rr) U L2 U '(Rr)'; (Rr) U L 'U' (Rr) '. Na maioria dos casos, as nervuras podem ser montadas intuitivamente. Quando restarem apenas dois elementos de aresta: (Dd) RF 'U R' F (Dd) '- para defini-los lado a lado, UF' LF 'L' F U '- para trocá-los.
• Em seguida, são aplicadas fórmulas de cubo 3 * 3 * 3 para permutação e rotação dos cantos.

Casos complexos que exigem uma solução especial são paridades. Suas fórmulas não resolvem o problema, mas eliminam elementos de uma situação de impasse, trazendo o quebra-cabeça para uma forma resolvida por algoritmos padrão.

• Dois elementos de nervuras adjacentes na orientação incorreta: r2 B2 U2 l U2 r 'U2 r U2 F2 r F2 l' B2 r2.
• Pares opostos de elementos da nervura na orientação incorreta: r2 U2 r2 (Uu) 2 r2 u2.
• Pares de elementos de nervuras voltados um para o outro na orientação errada: F 'U' F r2 U2 r2 (Uu) 2 r2 u2 F 'U F.
• Os cantos da última camada estão fora de lugar: r2 U2 r2 (Uu) 2 r2 u2.

Montagem rápida do quebra-cabeça 5x5

Montagem é trazer um visual clássico. Primeiro, nove fragmentos centrais são coletados em cada tampa e três elementos de nervura. O último estágio é o alinhamento dos ângulos.

Notação adicional:

• u é a face superior interna;
• d é o limite inferior interno;
• e é a linha interna entre a parte superior e a inferior;
• (duas faces entre parênteses) - rotação simultânea.

A montagem dos elementos centrais é mais fácil do que no caso anterior, pois existem pares de cores rigidamente fixos.

• No primeiro estágio, podem surgir dificuldades se você precisar trocar elementos nas faces adjacentes. Se eles estiverem separados por um elemento de aresta: (Rr) U (Rr) 'U (Rr) U2 (Rr)'. Se eles estiverem localizados nas camadas centrais internas: (Rr) 'F' (Ll) '(Rr) U (Rr) U' (Ll) (Rr) '.
• A combinação dos elementos das nervuras é intuitiva, não afeta os centros coletados: (Ll) 'U L' U '(Ll); (Ll) 'U L2 U' (Ll); (Rr) U 'R U (Rr)'; (Rr) U 'R2 U (Rr)'. A complexidade é apenas a montagem das duas últimas arestas.

Fórmulas de paridade:

• troque elementos nas camadas u e d nas bordas de uma face: (Dd) R F 'U R' F (Dd) ';
• troque os elementos de aresta localizados na camada do meio em uma face: (Uu) 2 (Rr) 2 F2 u2 F2 (Rr) 2 (Uu) 2;
• implantar esses elementos em seus lugares, ou seja, virar: e R F 'U R' F e ';
• implantar no lugar o elemento da nervura da camada do meio: (Rr) 2 B2 U2 (Ll) U2 (Rr) 'U2 (Rr) U2F2 (Rr) F2 (Ll)' B2 (Rr) 2;
• trocar elementos na camada lateral em uma face: (Ll) 'U2 (Ll)' U2 F2 (Ll) 'F2 (Rr) U2 (Rr)' U2 (Ll) 2;
• vire simultaneamente três costelas no lugar: F 'L' F U 'ou U F' L.

A última tarefa é organizar os cantos de acordo com o princípio de um cubo clássico.

O caminho mais rápido. Método Jessica Friedrich

Aqueles que já aprenderam a resolver o quebra-cabeça em 1 a 2 minutos, ou seja, podem realmente montar rapidamente o cubo de Rubik, chegam a uma compreensão fundamentalmente nova do problema. A aceleração mecânica em um certo estágio se torna impossível. Algoritmos e técnicas especiais são necessários para reduzir o tempo de busca de soluções.

Estratificar a versão clássica para acelerar o processo se resume a quatro tarefas:

• cruz inicial em um chapéu;
• montagem simultânea da primeira e segunda camadas;
• último chapéu;
• cinto da terceira camada.

A dificuldade é que você precisa aprender e ter em mente 119 fórmulas compiladas pela autora do método, Jessica Friedrich. Os grupos de algoritmos F2L, OLL, PLL para cada estágio descrevem todas as combinações possíveis da disposição dos elementos, voltas e permutações necessárias para trabalhar com pares de ângulos de aresta.

O método permite resolver o quebra-cabeça em menos de 20 segundos.

Como coletar um cubo de Rubik com os olhos fechados

Técnicas especiais foram desenvolvidas para facilitar esta tarefa. Um dos populares entre os speedcubers é o antigo método de Pochmann.

A montagem é realizada não em camadas, mas em grupos de elementos: primeiro todas as arestas, depois os cantos.

Costela RU - tampão. Usando algoritmos especiais, o cubo que ocupa essa posição é movido para seu lugar. O elemento que o substituiu na posição RU é novamente movido, e assim por diante, até que todas as arestas estejam no lugar. Faça o mesmo com cantos. Uma característica dos algoritmos de montagem cega é que eles permitem mover um elemento sem misturar o resto.

No processo de montagem às cegas, o cubo não é virado para não ficar confuso.

Antes de prosseguir com a montagem, o cubo é "lembrado". Mentalmente cria uma cadeia ao longo da qual os elementos se moverão. Cada adesivo recebe sua própria letra do alfabeto. Para arestas e cantos, o speedcuber é um alfabeto separado. O cubo de Rubik misto é lembrado como uma sequência de letras. O adesivo superior no cubo do buffer é a primeira letra, o adesivo que ocupa seu devido lugar é a segunda e assim por diante. Para simplificar, as palavras são compostas de uma sequência de letras e as frases são compostas de palavras.

Quem é o dono do recorde para a montagem do cubo de Rubik mais rápida

O australiano Felix Zemdegs atualizou duas vezes o recorde mundial de montagem do clássico Cubo de Rubik em 2018. No início do ano, o melhor tempo foi registrado por 4,6 segundos, em maio o quebra-cabeça foi resolvido em 4, 22 segundos.

O atleta de 22 anos é dono de vários recordes atuais de 2015 a 2017:

• 4x4x4 - 19,36 segundos;
• 5x5x5 - 38,52 segundos;
• 6x6x6 - 1: 20,03 minutos;
• 7x7x7 - 2: 06,73 minutos;
• megaminx - 34,60 segundos;
• com uma mão - 6,88 segundos.

O registro do robô registrado no Guinness Book of Records é de 0,637 segundos. Já existe um modelo que pode montar um cubo em 0,38 segundos. Seus desenvolvedores são os americanos Ben Katz e Jared Di Carlo.