Схема сборки кубика Рубика для новичков

Головоломка, задуманная как наглядное пособие по алгебре, неожиданно захватила мир. Уже многие десятилетия люди, далекие от высшей математики, с азартом пытаются решить сложную и увлекательную задачу. «Магический кубик» – отличный инструмент для развития логического мышления и памяти. Тем, кто впервые хочет узнать, как собрать кубик Рубика, схемы и комментарии помогут сохранить энтузиазм и, возможно, открыть для себя мир спидкубинга.

Как собрать кубик Рубика: детали, составные части, важные термины.

Шестигранная головоломка имеет заданные цвета и их расположение, защищенные патентом изобретателя. Подделки часто выдаются за оригиналы нестандартными цветами или их порядком. Инструкции и описания всегда используют классическую цветовую схему. Новичку трудно разобраться в объяснениях, если использовать кубик с другим цветовым оформлением.

Красный граничит с оранжевым, зеленый – с синим, а белый – с желтым.

Каждый куб состоит из квадратов, по их количеству различают виды кубиков Рубика: 3х3х3 (первый классический), 4х4х4 (так называемая «Месть Рубика»), 5х5х5 и далее.

В первом варианте кубика Эрнё Рубика было 27 деревянных кубиков, раскрашенных в шесть цветов и сложенных друг на друга. Создатель пытался месяц расположить их так, чтобы грани большого куба состояли из одинаковых по цвету квадратов. Разработка механизма, который скрепил все части, заняла ещё больше времени.

Современный головоломка Рубика стандартного вида имеет такие части:

• Центры – неподвижные части, закреплённые на осях вращения кубика. Каждая сторона обращена пользователю одной окрашенной стороной. Шесть центров образуют зеркальные пары по цвету.
• Ребра — подвижные элементы, пользователь видит по двум сторонам каждый элемент и каждая сторона имеет свой цвет. Цвету присвоены стандартные комбинации.
• В каждом из углов кубика расположено по восемь подвижных элементов с тремя сторонами каждого.
• Механизм состоит из крестовины трех жестко закрепленных осей. В качестве альтернативы используется сферный механизм, применяемый в быстрых или многоэлементных кубиках. Кубики с четным количеством элементов на гранях обладают сложной конструкцией взаимосвязанных клик-механизмов, иногда дополненных крестовиной. Для профессиональных скоростных кубов существуют магнитные механизмы.

Задача игры с кубиком Рубика — переставить цветные элементы на гранях с помощью подвижного механизма и вернуть их в исходное расположение.

Поклонники головоломки конкурируют в быстром решении её задач. Для этого требуется не только ловкость рук, но и изучение, запоминание и доведение до автоматизма сотен комбинаций цветных элементов и действий с ними. Этот необычный вид спорта называется спидкубинг.

Турниры кубистов регулярно проходят, устанавливаются новые рекорды. Открываются все новые возможности для достижений. В рамках соревнований разыгрываются призы за сборку вслепую, одной рукой, ногами и другими способами.

В последнее время популярным занятием стало собирать пасьянсы из узоров на кубике.

Кубик Рубика: устройство и обозначение поворотов.

Для описания действий с головоломкой, создания схем решений, отображения перемещений элементов и упрощения коммуникации разработан язык вращений. В нем буквами обозначаются грани и способы их поворота.

Части головоломки обозначены прописными буквами.

В инструкциях по сборке кубика Рубика на русском языке применяют первые буквы из русских наименований.

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

В международном сообществе при обозначении граней куба применяют начальные английские буквы наименований граней.

Обозначения, используемые WCA.

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

Главный компонент носит то же наименование, что и граница (R, D, F и т.д.).

Каждое ребро граничит с двумя поверхностями; его обозначение – две буквы (например, FR, UL).

Угол характеризуется тремя буквами (например, ФРУ).

Элементы, образующие промежуточные слои между гранями, носят собственные названия.

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

Описание вращения граней осуществляется буквами, обозначающими грани, и вспомогательными символами.

• Апостроф ‘ указывает на поворот грани или слоя против часовой стрелки.
• Цифрой 2 обозначается повтор движения.

Действия, которые можно выполнить с границей, например, с правой стороной.

• R – вращение по часовой стрелке;
• R’ – вращение против часовой стрелки.
• R2 — это два оборота грани, направление не важно, так как грань может быть повернута четырьмя способами.

Для определения направления поворота грани следует представить на ней циферблат и следовать направлению движения воображаемой стрелки.

Противоположные грани вращаются по часовой стрелке навстречу друг другу.

Движения среднего класса связаны с периферийными зонами.

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

Ещё одно важное обозначение «w» — это одновременный поворот двух соседних слоёв. К примеру, Rw означает одновременное вращение R и M.

Перехваты — это повороты всего кубика. Выполняются перехваты в трёх плоскостях по трём осям координат: Х, Y, Z.

• Вращения по оси Х всего куба обозначены как х и х’. Эти движения совпадают с поворотами правой грани.
• y и y’ – это повороты куба вокруг оси Y. Эти движения соответствуют вращениям верхней грани.
• Обозначение z и z’ означает поворот кубика вокруг оси Z, что соответствует вращению лицевой грани.
• х2, y2, z2 – обозначения двойных перехватов по указанной оси.

Руководства по сборке, помимо общепринятых обозначений, наполнены сленгом, популярными у спидкуберов названиями техник, приемов, алгоритмов, узоров и фигур на кубике. Немало востребованы схематические описания алгоритмов, где применяются только стрелки. С ростом опыта решения головоломки понимание описаний и объяснений становится проще; многие вещи воспринимаются интуитивно.

• Шапка – это набор разноцветных элементов, собранных на одной стороне кубика. Собрать головоломку значит собрать все шесть шапок.
• Пояс представляет собой цветные детали, соединенные с шапкой. Шапка может быть собрана таким образом, что пояс состоит из отдельных цветных элементов, при этом угловые и реберные части располагаются не по своим местам.
• Крест – фигура на шапке из пяти деталей одного цвета. Сборка часто начинается с его построения. Руководств нет. Этот этап дает большую свободу действий и требует обдумывания. Готовность креста открывает путь к следованию известным алгоритмам.
• Флип – поворот угла или ребра в одной точке вокруг центра; для его выполнения применяют специальные алгоритмы.

Руководство по сборке головоломок для новичков

Схемы для новичков помогут освоить сборку запутавшегося кубика, сохранив нервы, понять логику действий и потренировать простые алгоритмы.

Перед выполнением действия осмотрите кубик. На соревнованиях на «преинспекцию» отводится 15 секунд. За это время нужно обнаружить элементы одного цвета, которые будут собираться в «шапку» на первом этапе. Обычно начинают с белой стороны, то есть большинство руководств предполагает, что U – белая. Спидкуберы могут начать сборку с любой стороны, мысленно перестроив все готовые алгоритмы.

Кубик Рубика 2х2

«Мини куб» состоит из восьми угловых элементов. На первом этапе собирается один слой из четырех углов. На втором этапе оставшиеся углы размещаются на своих местах, при этом их цветные элементы могут быть повернуты. Останется развернуть их нужной стороной.

• Алгоритм «пиф-паф» перемещает угловой элемент и устанавливает его в правильное положение. Шесть повторений последовательности действий приводят кубик к начальному состоянию. Если кубик смешан, необходимо выполнить алгоритм от одного до пяти раз для корректной установки элемента. Запись алгоритма: RUR’U’.
• Когда собран первый слой, поверните кубик, чтобы второй слой оказался сверху. Двигая этот слой, установите один из углов на место. Затем примените алгоритм для обмена местами двух соседних элементов – правого и левого угла передней грани: URU’L’UR’U’LU.
• После того, как все грани кубика займут свои места, его поворачивают по алгоритму «пиф-паф». В этот момент необходимо быть внимательным и не уронить кубик.

Как собрать кубик Рубика 3х3

1. Соорудить белый крест, разместив четыре ребра с белыми наклейками по кругу вокруг белого центра.
2. Присоединить цветные ядра сторон R, L, U, D к соответствующим ребрам белого креста.
3. Установите углы с белыми наклейками на свои места. Используя алгоритм R’D’RD, повторяемый пять раз, углы повернутся в нужное положение.
4. Для размещения ребер среднего слоя необходимо перехватить кубик – u2. Выбрать ребро без желтой наклейки. Собрать его с центром, цвет которого совпадает с одним из боков. Применяя формулы, сместить ребро в средний слой: Ребро опускается влево: U’L’ULUFU’F’. Ребро опускается вправо: URU’R’U’F’UF. Если элемент находится на нужном месте, но повернут не так, применяются те же алгоритмы, чтобы переместить его в третий слой и поставить правильно.
5. Соберите жёлтый крест на верхушке третьего слоя без захвата кубика, применяя алгоритм: FRUR’U’F’.
6. Совместите ребра последнего слоя с боковыми центрами так же, как это было сделано для первого креста. Два ребра легко займут свои места. Две остальные придется поменять местами. Если они находятся друг против друга: RUR’URU2R’. Если на соседних сторонах: RUR’URU2R’U.
7. Разместите углы последней грани на свои места. Если ни один из них не находится в правильном положении, применить формулу URU’L’UR’U’L. Один элемент встанет правильно. Взять кубик за этот угол, он станет верхним правым на фронтальной грани. Перемещать остальные углы против часовой стрелки URU’L’UR’U’L или, наоборот, U’L’URU’LUR’. В это время собранные участки перестроятся, возможно возникнет ощущение что-то идёт не так. Необходимо следить чтобы кубик не перевернулся и центр F оставался в исходном положении относительно пользователя. Комбинацию ходов повторить до 5 раз.
8. Возможно, потребуется повернуть угловые элементы, совместив цветные фрагменты с остальными гранями правильно. Для этого используют первую формулу: R’D’RD. Важно не перехватить кубик, чтобы F и U остались на своих местах.

Кубик Рубика 4х4

Пuzzles с более чем тремя элементами на ребру допускают значительно больше вариаций.

«Четные» варианты представляют собой особенную сложность из-за отсутствия фиксированного центра, служащего ориентиром, как в традиционной головоломке.

Для кубика 4x4x4 доступно около семи с половиной квадриллионов различных расстанований элементов. По этой причине его прозвали «местью Рубика» или «Мастером Кубиком».

Дополнительные обозначения внутренних слоев:

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

Варианты сборки: слой за слоем, от углов или формирование куба 3*3*3. Последний способ пользуется наибольшей популярностью. Сначала на каждой грани собираются по четыре центральных элемента. Затем подгоняются реберные пары и, наконец, устанавливаются углы.

• При сборке центральных элементов необходимо учитывать, какие цвета находятся в противоположных положениях. Для перестановки элементов средней четверки алгоритм следующий: (Rr) U (Rr)’ U (Rr) U2 (Rr)’ U2.
• При сборке ребёр вращаются только наружные грани. 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)’. В большинстве случаев ребра можно собрать интуитивно. Когда остаются два реберных элемента: (Dd) R F’ U R’ F (Dd)’ – чтобы установить их рядом, U F’ L F’ L’ F U’ – чтобы поменять местами.
• Для перемещения и поворота вершин используются формулы кубика 3x3x3.

Выход из затруднительных ситуаций, требующих особого подхода, — это паритеты. Формулы паритетов не решают задачу напрямую, а выводят ее элементы из тупика, делая головоломку разрешаемой стандартными алгоритмами.

• Два смежных реберных элемента с неверным расположением: r2 B2 U2 l U2 r’ U2 r U2 F2 r F2 l’ B2 r2.
• Пара несогласованных элементов ребер разного направления: r2 U2 r2 (Uu)2 r2 u2.
• Две пары реберных элементов, расположенные под углом друг к другу, с неправильным расположением: F’ U’ F r2 U2 r2 (Uu)2 r2 u2 F’ U F.
• Края последнего ряда не стоят правильно: R2 U2 R2 (Uu)2 R2 u2.

Быстрая сборка головоломки 5х5

Классический вид достигается сборкой из девяти центральных фрагментов на каждой шапке и трех реберных элементов. Завершающим этапом является установка углов.

Дополнительные обозначения:

• u – внутренняя верхняя грань;
• d – внутренняя нижняя грань;
• e — граница внутри, разделяющая верхнюю и нижнюю части.
• (две грани в скобках) – одновременный поворот.

Собирать основные детали сейчас легче, потому что цвета пар строго зафиксированы.

• На первом этапе сложности могут возникнуть при необходимости поменять местами элементы на соседних гранях. При этом, если их разделяет один реберный элемент: (Rr) U (Rr)’ U (Rr) U2 (Rr)’. Если же они находятся на внутренних центральных слоях: (Rr)’ F’ (Ll)’ (Rr) U (Rr) U’ (Ll) (Rr)’.
• Объединение ребрных фрагментов интуитивно понятно, это не нарушает собранные центры: (Ll)’ U L’ U’ (Ll); (Ll)’ U L2 U’ (Ll); (Rr) U’ R U (Rr)’; (Rr) U’ R2 U (Rr)’.
  Сложность возникает только при сборке последних двух ребер.

Формулы для паритетов:

• Переставить элементы в слоях u и d на ребрах одной грани: (Dd) R F’ U R’ F (Dd)’.
• Переставить реберные элементы среднего слоя одной грани: (Uu)2 (Rr)2 F2 u2 F2 (Rr)2 (Uu)2.
• Повернуть эти элементы на свои места, другими словами выполнить операции: 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.
• Заменить позиции элементов в боковой части на одной грани: (Ll)’ U2 (Ll)’ U2 F2 (Ll)’ F2 (Rr) U2 (Rr)’ U2 (Ll)2.
• Одновременно перевернуть три реберные части в своих местах: F’ L’ F U’ или U F’ L.

На финише — размещение углов по образцу классического кубика.

Быстродействие по методу Джессики Фридрих.

Разрешающие головоломку за 1–2 минуты, то есть способные быстро собрать кубик Рубика, переходят к новому пониманию задачи. Механическое ускорение на определенном этапе становится недостижимым. Требуются особые алгоритмы и техники для сокращения времени поиска решений.

Для ускорении процесса послойное собирание классического варианта выполняется в рамках четырёх задач.

• начальный крест на одной шапке;
• Совместный монтаж первого и второго слоёв.
• последняя шапка;
• пояс третьего слоя.

Затруднения возникают из необходимости запомнить и постоянно придерживаться 119 формул, разработанных автором метода Джессикой Фридрих. Алгоритмы F2L, OLL, PLL для каждого этапа описывают все возможные комбинации положения элементов, поворотов и перестановок, требуемых для работы с парами ребро-угол.

Данный метод решает головоломку за менее чем двадцать секунд.

Как научиться собирать кубик Рубика не глядя.

Для упрощения этого процесса созданы особые методы. Одним из известных среди любителей скоростного кубика является техника old Pochmann.

Сборка выполняется не поэтапно, а группировкой элементов: сначала соединяются все ребра, затем устанавливаются углы.

Ребро RU – резервная позиция. С помощью алгоритмов кубик из этой позиции перемещают на место. Элемент, занявший его место, опять перемещают, и так далее, пока все ребра не окажутся на своих местах. То же самое выполняют с углами. Алгоритмы для сборки вслепую позволяют переместить элемент без смешивания остальных.

Во время сборки кубика вслепую не поворачивают его, чтобы не запутаться.

Перед сборкой кубик » запоминают» — мысленно создаётся цепочка перемещения элементов. Каждой наклейке присваивается буква алфавита. Для ребер и углов спидкубер составляет отдельные азбуки. Перемешанный кубик Рубика запоминают как последовательность букв: верхняя наклейка – первая, наклейка в законном месте – вторая и так далее. Для упрощения из букв составляют слова, а из слов – предложения.

Кто установил рекорд скорости сборки кубика Рубика?

В 2018 году австралиец Феликс Земдегс дважды улучшил мировой рекорд по сборке кубика Рубика. В начале года было показано время 4,6 секунды, а в мае — 4,22 секунды.

Спортсмену двадцать двух лет, и ему принадлежат ещё некоторые действующие рекорды 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.

В Книге рекордов Гиннесса зарегистрирован рекорд робота – 0,637 секунды. Существует действующая модель, собирающая кубик за 0,38 секунды. Ее создали американцы Бен Кац и Джаред Ди Карло.