Кубик Рубика.... не просто развлечение.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Трудармейская средняя общеобразовательная школа»

Научно - практическая конференция обучающихся

«Эрудит - 2018»

Секция «Юный исследователь»

Кубик Рубика.... не просто развлечение.

Выполнил:

Попов Никита,

ученик 7-а класса

Руководитель:

Попов Александр Николаевич,

учитель технологии

Прокопьевский район

2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………...………………………………………..3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1.1. История кубика Рубика…………………………………………4

1.2. Способы сборки головоломки………………………………….8

1.3. Кубик Рубика — игра или тренировка для мозга…………….12

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Анкетирование ……………........................................................13

2.2. Мастер-класс по сборке кубика …………….............................14

2.3.Школьные соревнования по спидкубингу……………………..15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….17

ВВЕДЕНИЕ

Любопытство подтолкнуло меня на изучение «волшебного кубика». Все началось вот с чего. Как-то раз я пришёл в школу и увидел, что мой одноклассник собирает кубик Рубика. При этом он собирал его очень быстро. Придя домой, я заглянул в интернет, чтобы научиться сборке. Выучив за сутки необходимую теорию, я отправился по магазинам в поисках хорошего кубика. Купив его, сборку отработал за два дня. Оказалось, что эту головоломку умеет собирать мой папа, чему я очень обрадовался. Кроме того мне стало интересно узнать историю кубика Рубика, о соревнованиях спидкуберов. На эти вопросы мы решили найти ответы в своей исследовательской работе.

Объект исследования:  кубик Рубика.

Предмет исследования: способы сборки кубика Рубика.

Гипотеза исследования: предположим, что кубик Рубика может собрать каждый.

Цель исследования: изучение способов сборки кубик Рубика.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал истории кубика Рубика.

2. Познакомиться со способами сборки и научиться собирать головоломку.

3. Провести мастер – класс и соревнования между школьниками.

4. Проанализировать полученные результаты.

Методы исследования:

1. Анализ литературы.

2. Анкетирование и наблюдение.

Методы практической деятельности:

1. Соревнование.

2. Проведение мастер - класса.

Практическая значимость работы: результаты данной работы могут быть использованы на уроках математики, на кружке «Моделирование»,

Этапы исследования:

1. Теоретический – изучение литературы и информации из интернет – ресурсов по истории изобретения кубика Рубика.

2. Практический – научиться собирать кубик Рубика и провести мастер-класс.

3. Обобщающий – организовать соревнование по сборке кубика Рубика и проанализировать полученные результаты.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

1. История кубика Рубика

Кубик Рубика — кубичная механическая головоломка, цель которой заключается в том, что нужно собрать кубик так, чтобы каждая сторона (грань) кубика состояла из одинакового цвета. Так как шесть сторон – соответственно шесть цветов.

Классический кубик представляет собой куб 3×3×3.Он состоит из 54 граней малых кубиков, составляющих один большой куб. Каждая грань куба состоит из девяти квадратов и окрашена в один из шести цветов: красный, оранжевый, белый, жёлтый, синий, зелёный.

Основа куба — трехмерная крестовина. Центральные кубики окрашены только с одной стороны, с которой видны. Восемь маленьких угловых кубиков окрашены с трех сторон. Остальные двенадцать кубиков расположены посередине, окрашены только с двух видимых сторон. 26 кубиков назвать кубиками можно лишь условно, все они имеют разные выемки (рис.1).

Рисунок 1 – кубик Рубика

Головоломка изобретена в 1974 году венгерским скульптором Эрно Рубиком. Он работал в академии искусства, и чтобы развивать у студентов пространственное воображение, он создал наглядное учебного пособие.

Создав первый образец, Рубик осознал, что не в состоянии его собрать. Почти месяц затратил он на «приручение» собственного шедевра. Дело в том, что легендарный кубик имеет порядка 43 квинтильонов различных вариаций, и только одна из них является правильной! Просмотр всех возможных состояний кубика Рубика, даже с невероятной скоростью 1000 комбинаций в секунду, займет более миллиарда лет.

Первый "Магический кубик" был продан в игрушечном магазине Будапешта в 1975 году. 350 миллионов кубиков Рубика было продано по всему миру, благодаря чему он стал самой продаваемой игрушкой всех времен. Самый большой кубик Рубика размером 3 метра и весом 500 кг находится в городе Ноксвилл, в штате Теннесси США. 

Самый маленький кубик Рубика шириной 10 мм был сделан российским программистом Евгением Григорьевым. Это полностью функциональный кубик, который можно собирать, как обычный кубик.  Самым дорогим кубиком стал "Кубик-шедевр" созданный Diamond Cutters International в 1995 году. Кубик был выполнен из 22,5 карат аметиста, 34 карата рубинов, 34 карата изумрудов и 18-каратного золота, и оценивался в 1,5 миллиона долларов.

Рисунок 2- самый маленький кубик Рисунок 3- Самый большой кубик

Рисунок 4-"Кубик-шедевр" Рисунок 5- Эрно Рубик

Последние годы автор головоломки занимается разработкой видеоигр.

Настоящее «кубическое» нашествие началось в 1980 году, когда в результате совместных усилий Тома Кремера и Тибора Лакзи лицензию на производство кубика-Рубика купила компания Ideal Toy Corporation . Именно она дала головоломке имя Rubik’s Cube, которая сделала заказ на 1 000 000 кубиков. Компания начала продавать эту игрушку во всем мире. В то время было выпущено около 100 миллионов «легальных кубиков» и еще больше - подделок. В 80-х годах через Кубик прошел, наверное, каждый десятый житель цивилизованного мира. На западе Кубик Рубика появился в мае 1980года, а в СССР - в 1981 году.

Первыми силу головоломки ощутили на себе учителя. Целые классы целеустремленно, не выходя на перемены, ожесточенно вертели Кубик. Школьники собирали его во время уроков под партами. Учителя, отобрав его во время уроков, сами скрипели кубиком на занятиях, отгородившись от учеников классным журналом. А потом допоздна засиживались в учительской, пытаясь собрать головоломку. В школах проходили «закрытые» чемпионаты на скорость - находись легендарные личности, которые смогли в первые годы «кубизации» собрать его за одну минуту. Так игра в кубик Рубика захватила весь мир от мала до велика.

Уже в 1980 году кубик получает венгерский национальный приз за лучшее изобретение и выигрывает конкурсы на лучшую игрушку в США, Великобритании, Франции и Германии. В 1981 году кубик попадает в экспозицию Нью-Йоркского музея современного искусства.

Скоростная сборка — это сборка кубика Рубика на время. Для изучения скоростной сборки необходимо научиться быстро вращать кубик, а также выучить алгоритмы и понять определённые принципы. Люди, увлекающиеся скоростной сборкой Кубика Рубика, называются спидкуберами (рис.2). А сама скоростная сборка - спидкубинг. (англ. speedcubing).

Рисунок 6 - спидкубинг.

В 1982 году в Будапеште прошел первый чемпионат мира по собиранию Кубика Рубика. В нём приняли участие представители 19 стран — победители в национальных чемпионатах. Лучшее время сборки - 22,95 секунды показал 16-летний студент из Лос-Анджелеса Минх Тхай.

Рисунок 7 - Минх Тхай. Рисунок 8-Том Кремер и Эрно Рубик

Рекорд скоростной сборки кубика был установлен 25 июня 2011 года на соревнованиях в Мельбурне Феликсом Земдегсом: он собрал кубик размера 3×3×3 за 5,66 секунды. Предшествующие рекорды в 7,08 и 8,72 секунд принадлежали голландцу Эрику Аккерсдейку и японцу Ю. Накадзиме.

С 29 -30 марта 2013 года в городе Нелидово произошёл Всероссийский чемпионат по спидкубингу. Рекорд России поставлен Сергеем Рябко 8, 89секунд.

Классический кубик Рубика размера 3х3х3 быстрее всех смог собрать американский подросток Лукас Эттер. Он установил абсолютный мировой рекорд, собрав кубик Рубика за 4.904 секунд с первой попытки! Рекорд был установлен 21 ноября 2015 года в Кларксвилле, штат Мэриленд в США. Лукасу всего 14 лет, он живет в Кентукки и профессионально занимается спидкубингом.

Действующему чемпиону Патрику Понсу всего 15 лет: парень собрал кубик Рубика за 4,69 секунд.

Каждый год проходит чемпионат Европы или чемпионат мира по скоростной сборке кубика.

Мой рекорд на сегодняшний день1 минута.

1.2 Способы сборки головоломки

Существует множество способов собрать кубик Рубика.

Каждый год проходит чемпионат Европы или чемпионат мира по скоростной сборке кубика.

В классической дисциплине (кубик 3×3×3) действующий рекорд — 4,904 сек. установил Лукас Эттер (США) 21 ноября 2015 года.

Мой рекорд на сегодняшний день1 минута.

Классический способ сборки.

Я знаком с тремя способами сборки:

- это способ Морозова,

- способ Джессики Фридрих

- способ классический.

Я собираю классическим способом. Это способ для новичков. Кубик собирается послойно по этапам:

1. правильный крест в первом слое;

2. рёбра среднего слоя;

3. углы первого слоя;

4. крест в последнем слое;

5. расстановка рёбер последнего слоя;

6. расстановка углов последнего слоя;

7. разворот углов последнего слоя.

В этом способе используются так называемые формулы. Чтобы совершить сборку первого этапа по формулам, нужно знать некоторые обозначения.

Названия сторон

обозначаются так:

фронтальная - Ф

 задняя - З 

правая - П 

левая - Л 

верхняя - В 

нижняя - Н

Вращения обозначаются так:

поворот по часовой стрелке (↷)-  просто буквами В Н П Л Ф Т

поворот против часовой стрелки (↶) – буквами со штрихами В' Н' П' Л' Ф' Т‘

поворот 2 раза по часовой – В2 Н2 П2 Л2 Ф2 Т2

поворот 2 раза против часовой – В2’ Н2’ П2’ Л2’ Ф2’ Т2’

Рисунок 9 - правильный крест в первом слое.

1. способ.

Способ Валерия Морозова (интуитивный) – здесь нет готовых формул для заучивания. Сборка начинается с 8 угловых элементов. Этот способ для продвинутых. Я его только изучаю, поэтому он для меня еще не совсем понятен.

3 способ.

Способ Джессики Фридрих (послойный) - самый популярный метод скоростной сборки. Сборка, как и в классическом способе, начинается с креста на одной из сторон. Но формул больше. За счет этого сборка происходит быстрее. Когда я пытаюсь собрать этим способом, я начинаю путаться.

Основные этапы сборки:

1. Сборка первого слоя (тут необходимо собрать тот слой, где собрали крест, при этом все цвета должны стоять правильно, относительно друг друга).

Рисунок 10- сборка второго слоя

2. Сборка второго слоя (тут мы добавляем второй слой к нашему уже собранному первому).

Рисунок 11- сборка третьего слоя

3. Сборка третьего слоя (на этом этапе мы завершаем сборку)

Данный метод основан на послойной сборке, и каждый этап включает в себя дополнительные под этапы, которые как раз и обозначаются уже знакомыми нам обозначениями, например: Lw' U R' D2 R U' R' D2 R2

Рисунок 12-собранный кубик

4 способ. Автор схемы А. Печёнкин

Итак, я полностью могу собрать кубик пока только классическим способом. Но мне интересны и другие, я буду знакомиться с ними дальше.

1.3. Кубик Рубика — игра или тренировка для мозга

Учёные утверждают, что эта головоломка развивает мелкую моторику, тренирует ум, пространственное мышление и логику. Влияние кубика Рубика непосредственно нацелено на аналитическое мышление человека. Например, в стереометрии и механике, в физике и инженерии.

Кубик Рубика положительно влияет на суставы рук, быстрые движения пальцами кистей рук существенно укрепляют предплечья. Это немаловажная часть развития организма, поскольку крепкие суставы улучшают двигательную функцию организма.

Увлечение кубиком Рубика несет за собой и психологический характер. Куб заставляет игрока выбрать тот или иной путь сборки, заставляет найти выход из сложной ситуации. Ученые в области неврологии утверждают, что нервная и психическая перегрузка, связана с моторикой пальцев. Когда мы нервничаем, кистям рук нужно что-то держать и крутить между пальцев.

Глава 2. Практическая часть

Для начала, чтобы понять, как собирается Кубик Рубика и как он крутится, достаточно купить обычный кубик в магазине, его качество и надежность значения иметь не будет.На таком кубике легко освоить азы сборки и научиться его собирать. Но для скоростной сборки такой кубик не подойдет, для этого понадобится специальный скоростной кубик. Скоростной кубик достаточно тяжело купить в привычных магазинах, его проще всего заказать по интернету. Так я и сделал.

Главное, на что надо обращать внимание при выборе скоростного кубика, это возможность настройки, вес, качество пластика и хорошие наклейки. Выбрав себе кубик, его необходимо настраивать под себя. Например, я люблю, чтобы кубик крутился легко. Затем кубик необходимо смазать, как например лыжи, чтобы он лучше крутиться, для этого продаются специальные смазки.

Также кубик требует дополнительного ухода и периодической чистки, так как в него попадает пыль, сами кубки стирается и остается крошки пластика, для этого его нужно разобрать и почистить.

Естественно, для кубика должно быть свое место хранения. Для этого я использую коробочки, чтобы не портились наклейки, и в него не попадала лишняя пыль.

Рисунок 13 - кубик требует дополнительного ухода

Собирая кубик на скорость, большое значение имеет то, какие мы делаем движения пальцами и как быстро. Для этого нам необходимо на определенное движение определенная постановка пальцев на кубике и тогда достигается более быстрое решение алгоритма.

Рисунок 14 - постановка пальцев на кубике

Также необходимо тренировать скорость этих вращений, я это делаю многократным повторением одного и того же алгоритма. При этом, как и в любом спорте, тут важна тренировка и разминка. Например, придя с холода, руки скованны и им необходим разогрев, так как они плохо справляются с кубиком.

Изучив способы сборки, я научился собирать кубик за 1 минуту.

2.1 Анкетирование.

Так как одному собирать кубик неинтересно, я провел исследование на актуальность головоломки с помощью анкетирования, в котором участникам нужно было ответить на вопросы:

1) Пытались ли вы хотя бы раз собирать кубик Рубика?

2) Можете ли Вы собрать полностью одну грань?

3) Можете ли Вы полностью собрать все грани?

4) Хотели бы Вы научиться полностью собирать кубик Рубика?

Участвовало 50 желающих человек.

Итак, все пытались собирать, больше половины могут собрать только одну грань, и все хотят научится полностью собирать головоломку.

Анкетирование показало, что кубик Рубика актуален! Мало кто умеет собирать полностью кубик, не знают, как это сделать, но хотят научиться!

2.2 Мастер-класс по сборке кубика

Я провел для ребят мастер класс по сборке кубика Рубика. Конечно, сразу собрать не получилось. Но мы будем работать дальше с теми, кому это интересно. По моему наблюдению – это больше интересно мальчикам, которые любят решать задачи.

1. Школьные соревнования

После проведения мастер-класса возникла идея провести школьные соревнования по спидкубингу.

На соревнованиях все участники находились в одинаковых условиях, всем кубики запутали одинаково, чтобы все участники начинали с одного и того же положения.

На соревнования дается 5 попыток с разными алгоритмами для каждой попытки. После того как участник делает все пять попыток, худшая и лучшая попытки убираются, и из оставшихся 3-х берется среднее время. И вот таким образом выбирается, кто быстрее.

Из заявленных участков, только пятерым удалось собрать кубик полностью. Их результаты:

Попов Никита (7-а класс класс) – 1 минута

Голушко Иван (7-А класс) –40 секунд

Родин Константин (7-Б класс) – 1 минута 10 секунд

Федотов Алексей (7-Б класс) – 2 минуты

Куксенко Владислав (7-Б класс) –1 минута 15 секунд

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате нашей работы гипотеза не подтвердилась. Не каждый может научить собирать кубик Рубика.

Но история кубика Рубика, способы сборки интересны для ребят. Для меня это занятие

интересно и полезно!

Изучив способы сборки, я научился собирать кубик за 1 минуту.

Как утверждают психологи, кубик развивает гибкость и скорость мышления, помогает быстро оценивать обстановку и принимать решение, развивает усидчивость и способность добиваться результата. Лично мне сборка кубика помогает снять психологическую нагрузку за день.

Вашему вниманию представлена коллекция головоломок: кубики 2 на 2, 3 на 3, кубоиды, зеркалный кубик Рубика, башня Рубика, змейка и другие.

Данную исследовательскую работу можно использовать на уроках математики и во внеурочной деятельности.

В дальнейшем хочу изучить новые способы сборки и создание своего.

На данном моменте я выучил только послойную сборку и сейчас изучаю скоростную (по методу Джессики Фридрих). С помощью нее можно собирать кубик довольно быстро. Мировой рекорд сейчас составляет 5,66 секунд, и я хочу его побить!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В. Дубровский, А. Калинин Новости кубологии // Квант. - 1992. - № 11. - С. 52-56.

2. Дубровский В. Статья «Математика волшебного куба», журнал «Квант» № 8, 1982, стр.22-27,48.

3. Константинов И. Статья «Собрать кубик. Это не сложно», журнал «Наука и жизнь» № 5, 1983, стр.114-119.

4. Membrana.Ru: «Рубик и его кубик: раскрутка, сказочное везение, возвращение»

5. Публикации из журналов «Наука и жизнь», «Квант», «Юный техник»: алгоритмы, пасьянсы на кубике, каталог вращений кубика.

6. Кубик Рубика и проблема Хигмана. Материалы 20-й летней конференции международного математического Турнира городов.

7. К. Кноп «Кубик Рубика: штурм твердыни, и снова о кубике». Компьютера.

8. М. Мыльников Всем кубикам кубик // Юный техник. -1982. - № 7.

9. Membrana.Ru: «Рубик и его кубик: раскрутка, сказочное везение, возвращение»

10. Публикации из журналов «Наука и жизнь», «Квант», «Юный техник»: алгоритмы, пасьянсы на кубике, каталог вращений кубика.

11) Я познаю мир. Математика: энцикл. / А. П. Савин, В. В. Стацко и др. – М.: АСТ: Астрель: Люкс, 2005. – 475 с