Простая инструкция: как научиться собирать кубик Рубика

Изначально задуманная как демонстрация алгебраической теории, эта головоломка привлекла внимание широкой аудитории. Уже не одно поколение людей, далеких от математики, с интересом решает сложную и захватывающую задачу. «Магический кубик» является прекрасным средством для тренировки логики и улучшения памяти. Для тех, кто только начинает осваивать сборку кубика Рубика, инструкции и пояснения помогут сохранить увлеченность и, возможно, открыть для себя мир скоростной сборки.

Раскрываем секреты сборки кубика Рубика: составляющие, детали и основные принципы

Каждая из шести граней головоломки окрашена в определенные цвета и имеет фиксированный порядок расположения, что является запатентованной разработкой изобретателя. Нелегальные копии зачастую выдают себя необычными цветами или их расположением. Обучающие материалы неизменно используют стандартную цветовую гамму. Начинающим пользователям может быть сложно разобраться в инструкциях, если в них используется кубик с нестандартной цветовой схемой.

На противоположных гранях расположены следующие цвета: белый сочетается с желтым, зеленый – с синим, красный – с оранжевым.

Кубики Рубика бывают разных видов, которые различаются количеством квадратных элементов в каждой стороне. Самым первым был 3*3*3, затем появились 4*4*4 (так называемая «Месть Рубика»), 5*5*5 и другие.

Первая модель, созданная Эрнё Рубиком, состояла из 27 деревянных кубиков, окрашенных в шесть цветов и расположенных друг над другом. Изобретатель в течение месяца пытался собрать их таким образом, чтобы грани большого куба образовались из одноцветных квадратов. Разработка механизма, соединяющего все компоненты, потребовала еще больше времени.

Классический кубик Рубика современной конструкции включает в себя следующие компоненты:

• Центры являются фиксированными элементами, расположенными на осях вращения кубика. Пользователю они демонстрируют только одну окрашенную сторону. Именно шесть центров формируют симметричные пары, соответствующие цветовой гамме.
• Ребра представляют собой подвижные детали. Каждое ребро имеет две цветные стороны, которые видны пользователю. Используемые цветовые сочетания соответствуют общепринятым стандартам.
• Восьмиугольная конструкция состоит из подвижных элементов, находящихся в вершинах куба. Каждая из этих вершин имеет три грани, окрашенные в разные цвета.
• Скрепляющим элементом служит крестовина, состоящая из трех жестко закрепленных осей. В качестве альтернативы используют механизм, напоминающий сферу. Его применяют в кубиках, предназначенных для скоростной сборки или состоящих из множества элементов. Конструкция кубов с четным числом элементов на гранях представляет собой сложную систему взаимосвязанных клик-механизмов, которые иногда объединяют с крестовиной. Для профессиональных скоростных кубов используют магнитные механизмы.

Суть игры в кубик Рубика состоит в том, чтобы с помощью подвижных элементов менять расположение цветных граней и восстанавливать их в исходное состояние.

Участники состязаний по головоломкам борются за звание самого быстрого. Для достижения успеха требуется не только умение, но и глубокое понимание, запоминание и отработка большого количества последовательностей, состоящих из цветных деталей и операций с ними. Этот оригинальный вид спорта получил название спидкубинг.

Соревнования спидкуберов проходят регулярно, и в результате они сопровождаются установлением новых рекордов. Постоянно появляются новые возможности для достижения выдающихся результатов. В рамках этих соревнований проводятся испытания, включающие сборку куба с завязанными глазами, одной рукой, ногами и другими нестандартными способами.

Сборка узоров на кубике стала новым хобби.

Конструкция кубика Рубика и обозначения поворотов

Для удобства описания операций с головоломкой, фиксации алгоритмов решения, перемещений элементов и просто для облегчения коммуникации был разработан язык вращений. Он состоит из буквенных кодов, обозначающих грани и способы их поворота.

Элементы головоломки обозначаются прописными буквами.

В инструкциях по сборке кубика Рубика на русском языке для обозначения сторон используют сокращения, образованные из первых букв русских названий:

• Ф – от «фасад»;
• Т – от «тыл»;
• П – от «правая»;
• Л – от «левая»;
• В – от «верх»;
• Н – от «низ».

В международной практике для обозначения граней применяют аббревиатуры, образованные из первых букв их английских названий.

Определения, используемые Всемирной ассоциацией кубика Рубика):

• R – от right;
• L – от left;
• U – от up;
• D – от down;
• F – от front;
• B – от back.

Основной компонент имеет такое же наименование, что и сторона (R, D, F и тому подобное).

Ребро граничит с двумя гранями и обозначается сочетанием двух букв (например, FR, UL и так далее).

Угол, таким образом, обозначается тремя буквами, например, FRU).

Элементы, формирующие промежуточные слои между гранями, также имеют определенные наименования:

• M (от middle) – между R и L.
• S (от standing) – между F и B.
• E (от equatorial) – между U и D.

Ориентация граней обозначается буквами, соответствующими названиям граней, а также с помощью дополнительных символов.

• Использование апострофа «’» означает, что грань или слой повернуты против часовой стрелки.
• Цифрой 2 обозначается повтор движения.

Возможные манипуляции с краем, в частности, с правым:

• R – вращение по часовой стрелке;
• R’ – вращение против часовой стрелки.
• R2 обозначает двойной поворот, направление которого не имеет значения, поскольку грани существует всего четыре возможных положения.

Для определения направления поворота грани необходимо мысленно представить её в виде циферблата часов и ориентироваться на движение воображаемой стрелки.

Встречное вращение противоположных граней происходит в направлении, противоположном движению часовой стрелки.

Средние слои перемещаются, опираясь на внешние грани:

• Слой M вращается в тех же направлениях, что и L.
• Слой S – как F.
• Слой E – как D.

Буква «w» также обозначает одновременный поворот двух последовательных слоев. К примеру, Rw указывает на одновременное вращение слоев R и M.

Вращения, затрагивающие весь кубик, принято называть перехватами. Их выполнение происходит в трех плоскостях, соответствующих трем осям координат: X, Y и Z.

• x и x’ – повороты по оси X всего кубика. Движения совпадают с поворотами правой грани.
• y и y’ – повороты кубика по оси Y. Движения совпадают с вращениями верхней грани.
• z и z’ – вращение кубика по оси Z. Движение совпадает с вращением фронтальной грани.
• х2, y2, z2 – обозначения двойных перехватов по указанной оси.

Помимо стандартной терминологии, инструкции по сборке кубика Рубика изобилуют сленговыми терминами, которые распространены среди спидкуберов для обозначения техник, приемов, алгоритмов, узоров и фигур на кубике. Не менее полезны графические схемы, в которых алгоритмы отображаются с помощью стрелок. С опытом решения головоломки, интерпретация описаний становится легче, и многие моменты начинают казаться понятными на уровне интуиции.

• Шапка представляет собой группу цветных элементов, расположенных на одной грани кубика. Сборка головоломки подразумевает объединение всех шести шапок.
• Пояс представляет собой цветные элементы, расположенные рядом с шапкой. Конструкция шапки может быть выполнена таким образом, что пояс состоит из отдельных цветных фрагментов, что означает, что угловые и реберные элементы не находятся на своих позициях.
• Крест представляет собой конструкцию на шапке, состоящую из пяти элементов одного цвета. Обычно сборку начинают с создания креста. На этом этапе отсутствует строгая инструкция. Он предоставляет максимальную свободу в действиях и предполагает необходимость обдумывания. Как только крест собран, можно приступать к выполнению стандартных последовательностей действий.
• Флип представляет собой поворот угла или ребра вокруг определенной точки, для выполнения которого необходимо использовать специальные алгоритмы.

Инструкции по сборке головоломки для новичков

Схемы, предназначенные для новичков, позволят освоить сборку кубика Рубика и избежать разочарования, ведь она может показаться крайне сложной. Они помогут понять логику действий и отработать базовые алгоритмы.

Перед тем, как приступить к действиям, требуется осмотреть кубик. На этапе предварительного осмотра состязаниям отводится 15 секунд. В течение этого времени нужно обнаружить элементы одного цвета, которые будут формировать «шапку» на первом этапе. Обычно начинают с белой стороны, поэтому большинство инструкций предполагает, что грань U – белая. Спидкуберы, специализирующиеся на сборке «мультиколор», могут начинать сборку с любой грани, мысленно адаптируя известные алгоритмы.

Кубик Рубика 2х2

«Мини куб» включает в себя восемь угловых элементов. Сначала формируется один слой, состоящий из четырех углов. Затем на втором этапе остальные углы устанавливаются на свои позиции, однако они могут быть перевернуты, что означает, что цветные элементы не будут находиться на соответствующих гранях. В завершение необходимо повернуть их правильной стороной.

• С помощью алгоритма «пиф-паф» можно перемещать и ориентировать угловой элемент. Повторение этой последовательности действий шесть раз подряд возвращает кубик в первоначальное состояние. Следовательно, для правильной установки элемента при смешанном кубике потребуется от одного до пяти применений алгоритма. Запись алгоритма: RUR’U’.
• После сборки одного слоя кубик необходимо повернуть так, чтобы второй слой оказался сверху. Перемещая этот слой в любом направлении, нужно совместить один из углов с его правильным положением. Затем используется алгоритм, который позволяет изменить местами два соседних элемента – правый и левый углы передней грани. Последовательность действий: URU’L’UR’U’LU.
• После того, как все углы занимают свои позиции, их поворачивают с использованием алгоритма «пиф-паф». На данном этапе необходимо избегать захвата кубика.

Как собрать кубик Рубика 3х3

1. Необходимо сформировать конструкцию, напоминающую «белый крест», расположив четыре элемента с белыми наклейками вокруг центральной белой части.
2. Необходимо сопоставить цветные элементы, расположенные в центральных зонах сторон R, L, U, D, с соответствующими сегментами, образующими «белый крест».
3. Разместите углы с белыми наклейками на предназначенные места. Для поворота углов в нужное положение используйте алгоритм R’D’RD, выполнив его от пяти до пяти раз.
4. Для возвращения ребер среднего слоя на свои места необходимо перехватить кубик – у2. Следует выбрать ребро, на котором отсутствует желтая наклейка. Затем совместить его с центром, цвет которого соответствует одной из сторон. Применяя определенные алгоритмы, можно сместить ребро в средний слой: ребро опускается со смещением влево с использованием формулы U’L’ULUFU’F’. Ребро опускается со смещением вправо: URU’R’U’F’UF. В случае, когда элемент расположен верно, но имеет неправильное положение, эти алгоритмы применяются повторно для переноса его в третий слой и повторной установки.
5. Для создания желтого креста на верхней грани, не перемещая кубик, необходимо повторять последовательность действий: FRUR’U’F’.
6. Для точного совмещения ребер последнего слоя с боковыми центрами, как это было выполнено для первого креста, потребуется несколько действий. Два ребра займут свои позиции без затруднений. Два других придется переставить. Если они расположены друг напротив друга, последовательность действий: RUR’URU2R’. Если же они находятся на соседних сторонах: RUR’URU2R’U.
7. Разместите углы последнего слоя на свои места. Если ни один из углов не оказался на правильной позиции, используйте формулу URU’L’UR’U’L. Один из элементов займет свое положенное место. Поверните кубик этим углом к себе, он окажется в верхнем правом углу фронтальной грани. Перемещайте остальные углы против часовой стрелки, используя комбинацию URU’L’UR’U’L, или, наоборот, U’L’URU’LUR’. На данном этапе собранные фрагменты перестроятся, и может возникнуть ощущение, что что-то пошло не так. Необходимо следить за тем, чтобы кубик не перевернулся, и центр F не сместился относительно вас. Повторяйте эту последовательность ходов до пяти раз.
8. Для правильного выравнивания угловых элементов может потребоваться их поворот, обеспечивающий соответствие цветных фрагментов остальным граням. Поворачивать (флиповать) угловые элементы следует с помощью формулы R’D’RD. При этом необходимо избегать случайного изменения ориентации граней F и U.

Кубик Рубика 4х4

Решаемые задачи с ребром, состоящим из более чем трех элементов, предусматривают значительно большее число возможных вариантов.

Равномерные» варианты представляют собой особую трудность, поскольку в них отсутствует четкий центр, служащий ориентиром, как в традиционных головоломках.

Число возможных позиций элементов в кубике 4*4*4 приблизительно равно 7,4 * 10^45. Из-за этого его прозвали «местью Рубика» или Мастер Кубиком.

Дополнительные обозначения внутренних слоев:

• f – внутренний фронтальный;
• b – внутренний задний;
• r – внутренний правый;
• l – внутренний левый.

Существуют различные способы сборки: последовательное наращивание, формирование из угловых элементов или создание куба 3x3x3. Последний метод является наиболее распространенным. Вначале на каждой грани собираются четыре центральных фрагмента. Затем подгоняются парные ребра и, в завершение, устанавливаются угловые элементы.

• При формировании основных компонентов важно учитывать, какие цвета являются антонимичными. Последовательность действий для перестановки элементов из центральной группы: (Rr) U (Rr)’ U (Rr) U2 (Rr)’ U2.
• При сборке ребер вращаются исключительно внешние грани. Используемые алгоритмы: (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)’. Как правило, ребра можно собрать без специальных инструкций. Если осталось всего два реберных элемента: (Dd) R F’ U R’ F (Dd)’ – для их соединения, U F’ L F’ L’ F U’ – для перестановки.
• После этого используются формулы, применяемые в кубике Рубика 3x3x3, для изменения положения углов.

Ситуации, требующие нестандартного подхода, представляют собой паритеты. Их формулы не позволяют решить поставленную задачу, а извлекают элементы из безвыходной позиции, трансформируя головоломку в форму, доступную для решения с помощью обычных алгоритмов.

• Неправильно ориентированные два соседних реберных элемента: r2 B2 U2 l U2 r’ U2 r U2 F2 r F2 l’ B2 r2.
• Неправильно ориентированные пары реберных элементов представлены в виде: r2 U2 r2 (Uu)2 r2 u2.
• Неправильно ориентированные элементы, расположенные под углом друг к другу: F’ U’ F r2 U2 r2 (Uu)2 r2 u2 F’ U F.
• Последний слой повернут неправильно: r2 U2 r2 (Uu)2 r2 u2.

Быстрая сборка головоломки 5х5

Процесс сборки включает приведение конструкции к стандартной форме. В первую очередь на каждой крышке собираются девять центральных фрагментов и по три боковых элемента. Завершающим этапом является установка угловых элементов.

Дополнительные обозначения:

• u – внутренняя верхняя грань;
• d – внутренняя нижняя грань;
• e – внутренняя грань между верней и нижней;
• (две грани в скобках) – одновременный поворот.

Составление центральных элементов оказалась более легкой по сравнению с предыдущим опытом, поскольку предусмотрены фиксированные цветовые сочетания.

• На начальном этапе могут возникнуть трудности, если требуется перестановка элементов на смежных гранях. Это произойдет, если они разделены одним реберным элементом: (Rr) U (Rr)’ U (Rr) U2 (Rr)’. Если же они расположены на внутренних центральных слоях, то потребуется выполнение следующей последовательности: (Rr)’ F’ (Ll)’ (Rr) U (Rr) U’ (Ll) (Rr)’.
• Понятно, что соединение реберных элементов происходит без влияния на уже собранные центры: (Ll)’ U L’ U’ (Ll); (Ll)’ U L2 U’ (Ll); (Rr) U’ R U (Rr)’; (Rr) U’ R2 U (Rr)’. Затруднения возникают лишь при сборке последних двух ребер.

Формулы для паритетов:

• поменять местами элементы в слоях u и d на ребрах одной грани: (Dd) R F’ U R’ F (Dd)’;
• поменять местами реберные элементы, расположенные в среднем слое на одной грани: (Uu)2 (Rr)2 F2 u2 F2 (Rr)2 (Uu)2;
• развернуть эти элементы на своих местах, то есть флипнуть: e R F’ U R’ F e’;
• развернуть на месте реберный элемент среднего слоя: (Rr)2 B2 U2 (Ll) U2 (Rr)’ U2 (Rr) U2 F2 (Rr) F2 (Ll)’ B2 (Rr)2;
• поменять местами элементы в боковом слое на одной грани: (Ll)’ U2 (Ll)’ U2 F2 (Ll)’ F2 (Rr) U2 (Rr)’ U2 (Ll)2;
• флипнуть одновременно три реберных элемента на своем месте: F’ L’ F U’ или U F’ L.

Финальным этапом является выравнивание углов в соответствии с принципами, используемыми для сборки классического кубика Рубика.

Наиболее эффективный способ – методика Джессики Фридрих

Люди, способные решать головоломку за 1-2 минуты, то есть успешно собирающие кубик Рубика за короткое время, приходят к качественно новому восприятию задачи. Дальнейшее ускорение за счет механических действий становится нереальным. Для сокращения времени поиска оптимальных решений требуются специальные алгоритмы и приемы.

Поэтапная сборка традиционного варианта для повышения скорости процесса включает в себя четыре этапа:

• начальный крест на одной шапке;
• одновременная сборка первого и второго слоев;
• последняя шапка;
• пояс третьего слоя.

Необходимо запомнить и постоянно учитывать 119 формул, разработанных создателем метода, Джессикой Фридрих. Группы алгоритмов F2L, OLL и PLL, относящиеся к каждому этапу решения, детализируют все возможные варианты расположения элементов, их повороты и перестановки, которые требуются при работе с парами ребер и углов.

С помощью этого подхода задачу можно решить менее чем за 20 секунд.

Научиться собирать кубик Рубика, не видя его, – задача, требующая значительных усилий и тренировок

Для упрощения этой задачи были разработаны специальные методы. Среди спидкуберов широко распространен метод old Pochmann.

Производство не осуществляется поэтапно, а группами компонентов: сначала изготавливаются все ребра, затем углы.

Ребро RU – буферное. С помощью специализированных алгоритмов кубик, находящийся на этой позиции, перемещают на своё место. Элемент, занявший его место в позиции RU, также перемещают, и этот процесс повторяется до тех пор, пока все ребра не окажутся на своих местах. Аналогичные действия выполняют с углами. Важной характеристикой алгоритмов сборки вслепую является возможность перемещения отдельного элемента без влияния на остальные.

Чтобы избежать путаницы, при сборке куба с завязанными глазами его не переворачивают.

Перед началом сборки кубик «запоминают». В уме выстраивается последовательность, определяющая перемещение элементов. Каждой наклейке присваивается своя буква. Для ребер и угловых элементов спидкубер составляет отдельные алфавиты. Перемешанный кубик Рубика запоминают как цепочку букв. Верхняя наклейка на буферном кубике – это первая буква, наклейка, занимающая ее место – вторая, и так далее. Чтобы упростить запоминание, из последовательности букв формируют слова, а из слов – предложения.

На сегодняшний день рекорд скорости сборки кубика Рубика принадлежит нескольким людям, в зависимости от категории

В 2018 году австралиец Феликс Земдегс дважды побил мировой рекорд по скорости сборки классического кубика Рубика. В начале года его лучшее время составило 4,6 секунды, а в мае ему удалось решить головоломку за 4,22 секунды.

у 22-летнего спортсмена также есть действующие рекорды, установленные в период с 2015 по 2017 год:

• 4x4x4 – 19.36 секунд;
• 5x5x5 – 38.52 секунд;
• 6x6x6 – 1:20.03 минут;
• 7x7x7 – 2:06.73 минут;
• мегаминкс – 34.60 секунд;
• одной рукой – 6.88 секунд.

По данным Книги рекордов Гиннесса, наилучший результат, показанный роботом при решении кубика Рубика, составляет 0,637 секунды. На данный момент существует действующая модель, способная справиться с задачей за 0,38 секунды. Авторами этой разработки являются американские инженеры Бен Кац и Джаред Ди Карло.