В ответ на многочисленные просьбы читателей мы публикуем статью об устройстве «венгерского шарнирного кубика» («Квант», 1980, № 12). В статье подробно рассказывается, как «венгерский кубик» можно изготовить в школьной мастерской. К математической стороне дела мы вернемся в одном из следующих номеров, когда изготовленный вами кубик будет у вас в руках.
Внешне «волшебный кубик» венгерского архитектора Эрно Рубика представляет из себя куб, как бы разрезанный на 27 равных маленьких кубиков (видны, конечно, только 26 из них). Маленькие кубики сцеплены таким образом, что любой слой из 9 кубиков, примыкающих к одной грани большого куба, можно свободно вращать вокруг его оси. Поразительно, что вся система в целом при этом не распадается, ни один из маленьких кубиков пошевелить отдельно не удается. Внешние грани маленьких кубиков снабжены наклейками шести разных цветов (по девять наклеек каждого цвета); требуется с помощью поворотов слоев переставлять маленькие кубики так, чтобы каждая грань большого куба оказалась окрашенной в один цвет.
О том, как это сделать, напечатано немало статей (например, «Квант», 1980, №12 и «Наука и жизнь», 1981, №3). Устройство «венгерского кубика» в этих статьях подробно не обсуждалось, что вполне естественно. Имея кубик, его нетрудно разобрать и увидеть, как он устроен. Моя статья написана для тех, кто не имеет возможности решить задачу столь простым путем. Я сам был именно в таком положении, но мне повезло: я выпросил у одного из своих знакомых сломанный «венгерский кубик», починил его и вернул хозяину. С полученными знаниями мне уже не трудно было сделать свой кубик.
Как же крутится Кубик Рубика?
«Венгерский кубик» составлен из 27 основных деталей (не считая цветных наклеек, пружинок и других мелочей). Эти детали – трехмерный крест, скрытый внутри, и 26 «кубиков», выходящих наружу. «Кубики» – отнюдь не кубики. Они бывают трех различных видов в зависимости от расположения на гранях большого куба: центральные кубики (их 6 штук, расположены они в центре каждой грани), средние кубики (их 12 штук, расположены они в середине каждого ребра) и угловые кубики (их 8 штук, они расположены в вершинах большого куба).
На картинке соответственно показаны: внутренний крест, боковой (средний) кубик и угловой кубик
На картинке изображено крепление центрального кубика на внутреннем кресте.
Роль пружинки, которую можно увидеть на рисунке в том, чтобы иметь возможность слегка оттягивать при поворотах поворачиваемый слой.
Из рисунка видно, в частности, как разбирать «Magic Cube». Для этого нужно снять цветную наклейку с какого-либо одного центрального кубика, вытащить крышечку 1, подцепив ее за край иголкой или ножом, и освободить пружинку 4. После этого центральный кубик снимется с оси креста, и головоломка легко разберется.
На первой картинке внутренняя сторона грани, снятая с креста. На второй картинке Кубик Рубика, с которого сняты одна грань и один из средних кубиков.
Для наглядности на последнем рисунке центральные кубики, средние кубики, угловые кубики и внутренний крест окрашены в разные цвета. Эта окраска не имеет отношения к цветным наклейкам на внешних гранях кубиков.
На рисунках видно, как выступы на средних и угловых кубиках складываются в почти цилиндрический выступ с внутренней стороны грани большого куба, а на среднем слое образуется цилиндрическое кольцеобразное углубление. Поворот слоя (грани) отвечает повороту цилиндрического выступа в цилиндрическом углублении. Вот в сущности и весь секрет устройства головоломки Эрно Рубика!
Оригинальное название статьи “Механика волшебного кубика”, опубликована в журнале Квант №3 1982 года. Автор статьи М. Евграфов.
Я разбил статью на две части, оставшуюся часть про непосредственно собирание собственного Кубикa Рубика (или Magic Cube) я опубликую во второй части.