{"id":23123,"date":"2024-04-12T10:14:24","date_gmt":"2024-04-12T08:14:24","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/04\/12\/scopriamo-il-funzionamento-del-cubo-di-rubik\/"},"modified":"2024-04-12T10:14:24","modified_gmt":"2024-04-12T08:14:24","slug":"scopriamo-il-funzionamento-del-cubo-di-rubik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/04\/12\/scopriamo-il-funzionamento-del-cubo-di-rubik\/","title":{"rendered":"Scopriamo il funzionamento del cubo di Rubik"},"content":{"rendered":"
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\"Scopriamo<\/div>\n
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Il cubo di Rubik ha conosciuto il massimo della sua popolarit\u00e0 negli anni Ottanta. Oggi per\u00f2, lo speedcubing sta tornando di moda ed appassionati di tutto il mondo continuano a partecipare a gare internazionali per risolvere il cubo nel minor tempo possibile. Dal 2003, la World Cube Association organizza e regolamenta tornei e gare in tutto il mondo, registrando i record nelle varie categorie. Ma come \u00e8 fatto e come funziona un cubo di Rubik? Vediamolo assieme.<\/strong><\/p>\n

di Franco Concli<\/em><\/p>\n

Il cubo di Rubik, noto anche come cubo magico (Rubik-kocka nella lingua originale), \u00e8 un poliedro tridimensionale inventato nel 1974 dal professor Ern\u0151 Rubik, architetto e scultore ungherese. Originariamente chiamato Magic Cube, nel 1980 fu rinominato Rubik\u2019s Cube dalla Ideal, societ\u00e0 che lo port\u00f2 sul mercato grazie a Tibor Laczi e Tom Kremer di Seven Towns. Nel 1980 vinse anche un premio speciale dalla giuria del Spiel des Jahres (gioco dell\u2019anno) in Germania, diventando cos\u00ec il primo e unico gioco solitario nella storia ad essere premiato. Al gennaio 2009 ne erano stati venduti nel mondo 350 milioni, rendendo il cubo di Rubik il puzzle pi\u00f9 venduto al mondo e il giocattolo pi\u00f9 venduto della storia.<\/p>\n

Il cubo \u00e8 composto da sei facce, ognuna delle quali \u00e8 ricoperta da nove adesivi dello stesso colore: bianco, giallo, rosso, verde, blu e arancione. Le facce possono ruotare in modo indipendente, consentendo di mescolare i colori del cubo. L\u2019obiettivo \u00e8 quello di risolvere il rompicapo facendo s\u00ec che ogni faccia mostri un solo colore.<\/p>\n

Il primo componente che si pu\u00f2 identificare in un cubo \u00e8 il nucleo.\u00a0<\/strong><\/p>\n

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Fonte: MoFang JiaoShi MF3RS Plastic Core For Speed Rubik\u2019s Cube | Shopee Philippines Adjusting the spring<\/em>
A)\u00a0\u00a0\u00a0 Centro o nucleo; B) cubetto centrale; C) cubetto di spigolo; D) cubetto d\u2019angolo<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

Il nucleo \u00e8 il componente centrale del cubo che tiene assieme l\u2019intera struttura. Al nucleo vengono fissate 6 viti, che creano un collegamento tra il nucleo ed i \u201ccubetti centrali\u201d o \u201ccentri\u201d di ogni faccia. Durante la soluzione del cubo, i \u201ccentri\u201d ruotano insieme alle facce esterne (attorno al loro asse, i.e. la vite), ma non possono muoversi l\u2019uno rispetto all\u2019altro. \u00c8 quindi identificare 12 diversi cubetti cosiddetti \u201cspigoli\u201d.<\/p>\n

Questi componenti sono tenuti dal bordo inferiore dei \u201ccentri\u201d e presentano due facce esterne. Gli 8 \u201ccubetti d\u2019angolo\u201d o, pi\u00f9 semplicemente, \u201cangoli\u201d sono quelli con tre lati colorati visibili.\u00a0<\/p>\n

Essi sono collocati tra le tre sporgenze dei \u201ccentri\u201d che li vincolano.\u00a0<\/strong><\/p>\n

Un altro componente presente in ogni cubo \u00e8 il \u201csistema di precarico\u201d, solitamente costituito da una serie di molle. Una molla si trova tra la testa di ogni vite e il relativo fondo del \u201ccubetto centrale\u201d.<\/p>\n

Il suo scopo \u00e8 quello di comprimere il \u201ccubetto centrale\u201d verso il centro del cubo, lasciando per\u00f2 la possibilit\u00e0 di muoversi lungo l\u2019asse della vite qualora la forza di compressione della molla venga superata. Questo movimento pu\u00f2 avvenire solo finch\u00e9 il fondo del \u201ccubetto centrale\u201d non arriva ad impaccare completamente la molla. Questo gioco \u00e8 detto \u201ccorsa del centro\u201d.\u00a0<\/p>\n

Per capire appieno il funzionamento del cubo, \u00e8 necessario comprendere l\u2019esatto funzionamento e le caratteristiche del sistema di compressione delle molle, che si trova in tutti i moderni speedcube. Questo sistema sfrutta la legge di Hooke, che descrive il comportamento di una molla compressa o estesa. Questo concetto \u00e8 ampliato da un dado posto tra ciascun pezzo centrale del cubo e la relativa molla, che quando viene ruotato si solleva dal pezzo centrale, comprimendo la molla contro la testa della vite. L\u2019elevazione di questo dado \u00e8 ottenuta grazie a una serie di denti sul dado con altezza incrementale che poggiano su una struttura complementare del pezzo centrale. L\u2019intervallo di forza di compressione che si pu\u00f2 raggiungere con l\u2019uso di questo sistema pu\u00f2 essere facilmente calcolato conoscendo la rigidit\u00e0 della molla utilizzata.<\/p>\n

Negli ultimi dieci anni ci sono stati diversi sviluppi e innovazioni tecniche, ma prima di analizzarli pi\u00f9 in dettaglio, \u00e8 importante esaminare i parametri che descrivono la qualit\u00e0 di un cubo da competizione (altres\u00ec detto speedcube) ed elencare i problemi che li caratterizzano. L\u2019intento di risolvere alcuni di questi problemi e\/o di cercare di migliorare gli aspetti positivi degli speedcube \u00e8 ci\u00f2 che ha portato a molte innovazioni in questo campo.<\/p>\n

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Cubetto angolo<\/figcaption><\/figure>\n
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Cubetti centrali<\/figcaption><\/figure>\n
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Cubetto spigolo<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n

Parametri di qualit\u00e0\u00a0<\/strong><\/h2>\n

Velocit\u00e0: \u00e8 naturalmente il primo parametro che si pu\u00f2 considerare quando si parla di speedcube. La \u201cvelocit\u00e0\u201d percepita di un cubo pu\u00f2 essere definita osservando la coppia necessaria per compiere una rotazione. I due parametri sono infatti inversamente proporzionali. Pi\u00f9 la coppia \u00e8 elevata, pi\u00f9 il cubo \u00e8 \u201clento\u201d e viceversa. La coppia necessaria per far girare il cubo pu\u00f2 essere espressa come:<\/p>\n

\u03c4 = I\u22c5\u03b1 + \u2211(F\u22c5b)<\/p>\n

dove I \u00e8 il momento d\u2019inerzia della faccia del cubo che si sta ruotando, \u03b1 \u00e8 l\u2019accelerazione angolare, F\u22c5b \u00e8 il momento torcente dato da qualsiasi forza F che agisce con un certo braccio b dal centro di rotazione. In particolare, le forze che possono agire opponendosi alla rotazione della faccia di un cubo possono essere date dall\u2019attrito (Ff<\/sub>) o dai magneti di allineamento (Fm<\/sub>), quindi:<\/p>\n

\u03c4 = I\u22c5\u03b1 + Ff<\/sub>\u22c5bf+ Fm<\/sub>\u22c5bm<\/p>\n

Lo scopo di tutti gli speedcube \u00e8 quello di mantenere questa coppia il pi\u00f9 bassa possibile, riducendo la forza che gli utenti devono applicare per fare le mosse e quindi ridurre l\u2019affaticando delle dita. Inoltre, una coppia ridotta ha un impatto positivo anche sul \u201ctaglio degli angoli\u201d (spiegazione nel seguito).<\/p>\n

Stabilit\u00e0: pu\u00f2 essere definita come la capacit\u00e0 del cubo di rimanere allineato e non deformarsi durante la rotazione di uno strato. Questo \u00e8 probabilmente l\u2019aspetto pi\u00f9 importante di uno speedcube, poich\u00e9 una bassa stabilit\u00e0 pu\u00f2 portare a blocchi ed errori. La stabilit\u00e0 dipende dalla forma della parte interna dei cubetti, dalla forza di compressione delle molle e dalla forza dei magneti di allineamento.<\/p>\n

Taglio dell\u2019angolo: per raggiungere elevati valori di TPS (Turn per Second \u2013 rotazioni al secondo), non \u00e8 possibile aspettare che una faccia abbia terminato la propria rotazione prima di iniziare quella successiva; pertanto, spesso si \u201ctaglia l\u2019angolo della faccia\u201d (si prende una scorciatoia rispetto al movimento cinematico perfetto). Analizzando il taglio d\u2019angolo \u00e8 possibile definire due aspetti fondamentali: l\u2019angolo massimo di taglio d\u2019angolo e la coppia necessaria per eseguire il taglio.<\/p>\n

\u00c8 inoltre possibile distinguere tra due tipi di taglio d\u2019angolo: standard e inverso. Nel caso di cubetti allineati, le facce di questi non si toccano, permettendo la libera rotazione. Quando invece un cubetto \u00e8 disallineato, i fianchi toccano quelli del cubetto adiacente. Ci\u00f2 pu\u00f2 causare uno dei tre risultati seguenti: 1) blocco del sistema; 2) due facce \u201csi ingranano\u201d e girano in direzione opposta (taglio d\u2019angolo standard); 3) la faccia disallineata viene spinta nella stessa direzione di rotazione dell\u2019altra faccia (taglio d\u2019angolo inverso). Nella maggior parte dei moderni speedcube il taglio d\u2019angolo standard pu\u00f2 avvenire fino a 55\u00b0 di disallineamento. Il taglio d\u2019angolo inverso si verifica invece solo fino a 30\u00b0 di disallineamento.<\/p>\n

L\u2019angolo massimo del taglio angolare standard dipende dalla geometria della parte interna dei pezzi e dalla corsa centrale, mentre l\u2019angolo massimo del taglio angolare inverso dipende solo dalla geometria dei pezzi interni. La coppia necessaria per eseguire il taglio dipende dalla forma dei pezzi interni e dalle forze di attrito interne. Maggiore \u00e8 l\u2019attrito, maggiore \u00e8 la coppia necessaria per il taglio.<\/p>\n

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Dado \u2013 Sistema di precarico<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

Problemi<\/strong><\/h2>\n

Lockup: quando il disallineamento di una faccia \u00e8 troppo elevato per consentire alla faccia adiacente di eseguire il taglio d\u2019angolo e le due facce si bloccano a vicenda, si parla di lockup. Questo fenomeno pu\u00f2 verificarsi con diverse entit\u00e0: nel migliore dei casi rallenta appena la risoluzione, ma potrebbe anche interrompere la risoluzione di un paio di secondi o addirittura causare dei pop.<\/p>\n

Pop: quando un cubetto dello speedcube (di solito uno di spigolo) si stacca dal cubo come conseguenza di un grave blocco.<\/p>\n

Torsione dello spigolo: quando uno spigolo ruota intorno al proprio asse di 120\u00b0, dando luogo ad un caso irrisolvibile.<\/p>\n

Overshooting: quando un lato viene erroneamente ruotato pi\u00f9 del previsto a causa di magneti di allineamento deboli o di uno speedcube troppo veloce per le capacit\u00e0 di quell\u2019utente specifico.<\/p>\n

Innovazioni<\/strong><\/h2>\n

A partire dagli anni \u201990, la struttura fondamentale degli speedcube \u00e8 rimasta inalterata, ma alla fine degli anni 2000 un aumento di popolarit\u00e0 ha portato l\u2019attenzione sul mondo dello speedcubing, con la conseguente necessit\u00e0 di un miglioramento tecnologico che ha portato a numerose innovazioni. Quelle che hanno portato un miglioramento delle prestazioni sono elencate di seguito in ordine cronologico:<\/p>\n

Taglio d\u2019angolo inverso: a differenza del taglio d\u2019angolo standard, il taglio d\u2019angolo inverso non pu\u00f2 essere raggiunto semplicemente consentendo un movimento relativo del pezzo centrale (corsa centrale), ma dipende invece solo dalla forma interna dei pezzi. Il primo produttore a produrre uno speedcube in grado di eseguire il taglio ad angolo inverso \u00e8 stato DaYan\"\u2122\" con il Guhong V1, lanciato sul mercato nel 2010. Questo cubo era in grado di invertire il taglio degli angoli grazie alla forma arrotondata degli stessi, che consentiva loro di scivolare intorno ai pezzi centrali invece di impigliarsi. Da allora, ogni cubo \u00e8 stato prodotto con una forma simile.<\/p>\n

Torpedos: per risolvere il problema dei pop, nel 2011 Dayan\"\u2122\" ha prodotto il LunHui, un cubo che presentava piccoli ganci alla base degli spigoli. Questi ganci, chiamati torpedos, garantivano un miglior fissaggio tra i pezzi e risolvevano il problema dei pop durante l\u2019esercizio. Da allora i torpedos sono presenti in ogni speedcube e i pop sono diventati estremamente rari.\u00a0<\/p>\n

Angoli squadrati: l\u2019introduzione degli angoli arrotondati per consentire il taglio degli angoli invertiti ha causato il problema della torsione degli spigoli. Dopo un record mondiale mancato nel 2014 a causa di una torsione degli spigoli, il produttore ha iniziato a produrre cubi con angoli squadrati. Oggi tutti gli speedcube presentano questa forma di angoli e le torsioni sono diventate sempre pi\u00f9 rare. La capacit\u00e0 di invertire il taglio degli angoli \u00e8 conservata, perch\u00e9 la parte interna degli angoli \u00e8 rimasta arrotondata.<\/p>\n

Magneti tra spigoli e angoli: nel 2016 i cubi magnetici sono diventati molto popolari. Piccoli magneti al neodimio, posizionati in ogni bordo e angolo, hanno migliorato drasticamente l\u2019allineamento e la stabilit\u00e0 degli speedcube e alcuni siti web hanno iniziato a vendere versioni magnetizzate di famosi speedcube. Pochi mesi dopo arrivarono sul mercato i primi cubi magnetici di fabbrica (MoYu\"\u2122\" Weilong GTS 2, GAN\"\u2122\" 356 air UM, Qiyi\"\u2122\" Valk 3M) e da allora i magneti in spigoli e angoli sono diventati uno standard.<\/p>\n

Magneti tra nucleo e angoli: GAN\"\u2122\" ha rilasciato nel 2020 l\u201911M pro, uno speedcube con magneti sul nucleo che attraggono altri magneti posti sui piedi degli angoli. Questa nuova configurazione magnetica ha migliorato ulteriormente la stabilit\u00e0 del cubo, ma con l\u2019inconveniente di richiedere una coppia maggiore per avviare la rotazione. GAN\"\u2122\" ha compensato questo inconveniente riducendo il peso di questo cubo e, di conseguenza, anche il momento d\u2019inerzia, ottenendo uno speedcube considerato veloce.\u00a0<\/p>\n

Maglev: il maglev (MAGnetic LEVitation) consiste nel sostituire la molla con due magneti respingenti (posti con lo stesso polo rivolto l\u2019uno verso l\u2019altro) per ottenere lo stesso effetto della molla. Il Maglev riduce l\u2019attrito, perch\u00e9 i due magneti possono ruotare senza toccarsi, riducendo cos\u00ec la coppia necessaria per far girare il cubo. I primi prototipi di cubi dotati di maglev sono stati visti nel 2017, ma le prime versioni commercializzate sono arrivate nel 2021 (MoYu\"\u2122\" RS3 M 2021, MoYu\"\u2122\" WRM 2021 maglev, GAN\"\u2122\" 12).<\/p>\n

Magneti respingenti tra spigoli e nucleo: le ultime innovazioni sono state presentate da GAN\"\u2122\" con il GAN\"\u2122\" 13 nel 2022 e consistono in un magnete posto ai piedi di ogni spigolo con la stessa polarit\u00e0 del magnete gi\u00e0 presente sul nucleo. Questo spinge i bordi lontano dal nucleo a met\u00e0 del giro, favorendo l\u2019allineamento e quasi annullando la coppia necessaria durante la seconda parte del giro.<\/p>\n

Conclusioni<\/strong><\/h2>\n

Il cubo di Rubik, inventato quasi per caso dall\u2019architetto ungherese Rubik ha trovato e sta ancora trovando grande successo tra gli appassionati. Seppur un semplice gioco\/rompicapo, \u00e8 un esempio di quanto ogni sistema possa essere migliorato ed innovato anche a seconda di come cambia il suo utilizzo nel tempo.<\/p>\n<\/div>\n

L’articolo Scopriamo il funzionamento del cubo di Rubik<\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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