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Qualche parola sulla meccanica di cubi e simili, smontaggio del cubo

Prima di esaminare i vari tipi di cubo e i rompicapi simili ad essi possiamo spendere qualche parola sulla loro meccanica interna che è comunque uno degli aspetti più affascinanti degli stessi, oltre all'aspetto ludico, matematico o semplicemente artistico. Iniziamo con il dire che anche se con forme diverse la struttura interna della maggior parte dei cubi, piramidi ed altri rompicapi simili si basa sugli stessi concetti di base, ovvero quelli ideati da Erno Rubik negli anni 70 per il suo cubo 3x3x3, ovvero un nucleo detto CORE costituito da una struttura tubolare disposta secondo gli assi di rotazione nella quale sono avvitate delle viti (o dei rivetti nei cubi di Rubik originali) che costituiscono i perni di rotazione degli elementi formanti le facce centrali dei cubi (per i cubi NxNxN con N dispari) o di un elemento sottostanti ad esso (per i cubi NxNxN con N pari) che grazie alla loro forma e alla tensione di una molla attorno alla vite sorreggono tutte le altre parti, ovvero tutti gli elementi (di forma cubica nei cubi, o di altre forme) che vanno a completare l'intero cubo. Questi elementi dispongono di appendici interne che si incastrano le une alle altre costituendo, negli strati tenuti fermi, le guide su cui scorrono le analoghe degli elementi facenti parte degli strati che vengono ruotati.

A settembre 2013 sono disponibili in commercio tutta una serie di cubi che vanno dal 2x2x2 al 11x11x11 più vari cuboidi e parallelepipedi, puzzle di forma piramidale, dodecaedrica, ecc. che riprendono variandolo lo schema interno dei cubi originali e che richiedono metodi di risoluzione anche abbastanza diversi fra loro.

Esternamente il cubo o altro puzzle si presenta come una serie di elementi cubici nei cubi colorati sulle facce esterne a formare la colorazione delle facce del puzzle (un colore per faccia o simile nella condizione di puzzle risolto), di altre forme in altri puzzle, che possono scorrere gli uni a fianco gli altri ruotando le facce del puzzle (o per meglio dire gli strati) scambiandosi di posto e mescolando cosi i colori delle facce del puzzle. Risolvere il puzzle significa effettuare serie di rotazioni delle varie facce atte a sistemare gli elementi della loro posizione originale reciproca in modo che le facce del puzzle tornino tutte di un solo colore o comunque nella configurazione originaria.

La colorazione delle facce può avvenire in tre modi:
con il tempo le stickers possono scollarsi e logorarsi, sono in commercio set appositi per i vari modelli di puzzle per sostituirle. In queste  pagine sono presenti solo puzzle del tipo con stickers. La disposizione dei colori segue degli standard (per il cubo viene spiegata meglio nella pagina del 3x3x3) a seconda del tipo di puzzle, la tonalità dipende invece molto spesso dal tipo di stickers o altro adottato dal produttore.

Le plastiche che costituiscono gli elementi sono di vario tipo, quelle più dure costano di più ma si consumano meno. I cubi ed i puzzle analoghi generalmente si trovano in commercio con plastiche di colore nero (più "tradizionale" o bianco, alcuni anche in versioni con plastiche di diverso colore, nel caso di cubi stickerless ovviamente avremo plastiche di colore diverso all'interno dello stesso cubo. Nelle competizioni WCO sono ammessi sia cubi neri che bianchi ma non i cubi stickerless. La scelta fra cubo nero e cubo bianco è una questione di gusti (personalmente li ho quasi tutti neri), sul cubo nero a mio parere i colori delle stickers risaltano di più, quelli bianchi tendono a sporcarsi maggiormente. Alcuni cubi sono inoltre disponibili solo in una versione.

Cubo Shengshou Aurora in versione bianca e cubo Shengshou Wind in versione nera

Cubo Shengshou Aurora in versione bianca e cubo Shengshou Wind in versione nera

Nella foto sopra vediamo due cubi 3x3x3 in versione bianca e nera. Riguardo alle dimensioni possiamo dire che per molti puzzle le misure esterne sono divenute all'incirca uno standard, il cubo 3x3x3 ha lato di circa 57 mm (ma possono esserci piccole differenze fra prodotti di case diverse), ma ne esistono anche versioni particolari più piccole (55 mm, 42 mm) adatte a chi ha mani piccole e anche più grandi (adatte alla risoluzione con i piedi), mentre per altri cubi le dimensioni non sono propriamente standardizzate (ad esempio i 4x4x4 e 5x5x5x Shengshou sono più piccoli e di conseguenza più maneggevoli degli equivalenti della Rubiks). Il peso dei cubi invece può variare, oltre che in base al tipo di puzzle, anche fra puzzle dello stesso tipo, a seconda della meccanica interna, delle plastiche ecc. Per chi fosse interessato (e, poiché siamo in un sito di escursionismo, per chi valuta ogni grammo che porta nello zaino) riporto i pesi dei cubi della mia collezione, rilevati con bilancia senza scatola o altro (notare che il peso riportato nei siti dei negozi online comprende anche la confezione, allo scopo di valutare il peso ed il costo di spedizione del pacco).

PESO NETTO DI ALCUNI PUZZLE
(in grammi)
Rubik 3x3x3 Ideal Toy anno 1980 112
Torre di babele Ideal Toy anno 1982 126
Cubo portachiavi 3x3x3 anno 1980 28
Shengshou 2x2x2 64
Shengshou 3x3x3 Wind 85
Shengshou 3x3x3 Aurora 83
Dayan Zanchi 3x3x3 57 mm 83
Shengshou 4x4x4 v. IV 150
Shengshou 5x5x5 167
Shengshou Pyraminx 85
Shengshou Megaminx 162
YJ Mastermorphix 99
Dian Sheng 3x3x3 stickerless 97
QJ 3x3x3 pillowed 78

Come si vede a titolo di esempio i moderni cubi 3x3x3 della Shengshou sono molto più leggeri del classico Cubo di Rubik anno 1980.

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I singoli elementi costituenti il puzzle possono essere di tre tipi:
queste definizioni sono essenzialmente riferite al classico cubo di Rubik della figura seguente, per altri puzzle il discorso è comunque simile. Apparentemente ci sarebbero degli elementi interni (il cubo 3x3x3 appare come formato da 27 cubetti colorati sovrapposti) ma nella realtà non esistono poiché sostituiti dal meccanismo centrale, ovvero il core, che mantiene assieme il tutto.


GLI ELEMENTI ESTERNI DEL PUZZLE
Gli elementi nel cubo 3x3x3 (Shenshou Wind 3x3x3) Gli elementi nel Megaminx (Shengshou Megaminx)
Gli elementi nel cubo 3x3x3 (Shengshou Wind 3x3x3) Gli elementi nel Megaminx (Shengshou Megaminx)

Come si vede dalle foto la forma ed il numero dei vari elementi dipendono dalle caratteristiche geometriche e costruttive del puzzle. Il core ovviamente è invisibile a puzzle montato. Per la meccanica interna del puzzle gli elementi centro possono occupare solo la posizione di centro (posizioni reciproche fisse in base al codice dei colori, fisse meccanicamente nei cubi e puzzle di ordine pari perché attraversati dalle viti che fungono da perno, mobili in quelli di ordine pari), gli spigoli possono occupare solo la posizione di spigolo e i vertici solo quella di vertice.

Nel cubo originale le appendici erano sporgenze di forma abbastanza spigolosa, anche se con gli angoli arrotondati, nei cubi odierni tutta la forma delle appendici e dei singoli pezzi costituenti il puzzle è frutto di studi e ricerche atte a consentire uno scivolamento veloce ed evitare inceppamento delle parti e fuoriuscita dei pezzi stessi (pop-up del pezzo). Poiché la complessità della struttura interna dei puzzle aumenta con l'aumentare del numero N di elementi (e non solo per il maggior numero dei pezzi) possiamo dire che la tecnologia occorrente per realizzare buoni e funzionali puzzle è tutt'altro che banale.

Come smontare un Cubo di Rubik originale

Come smontare un Cubo di Rubik originale

Per esaminare bene un cubo (ma la cosa vale anche per altri puzzle) possiamo smontarlo. Per smontare un cubo di Rubik originale (o odierno della Rubiks rivettato) occorre ruotare una faccia a 45° e sollevare uno dei pezzi spigolo (quelli che hanno solo 2 colori) con un qualche attrezzo piatto come nella foto sopra forzandone la fuoriuscita (stando attenti che non schizzi via). Dopodiché potremo cominciare a togliere uno alla volta gli altri elementi ruotando la faccia superiore in modo che spingendoli si trovino nello spazio vuoto creato ed allo stesso modo spingendo verso l'alto lo spigolo sotto il vuoto creato. Con un po' di pratica leveremo in fretta tutti gli elementi lasciando il core nudo con i soli centri (che non possiamo staccare).

FASI DI SMONTAGGIO DI UN CUBO DI RUBIK RIVETTATO
Si estrae un elemento spigolo Tolto lo spigolo si estraggono i due vertici che lo affiancavano eventualmente ruotandoli per sfilarli meglio
Si solleva e si estrae un elemento spigolo Tolto lo spigolo si estraggono i due vertici che lo affiancavano
eventualmente ruotandoli per sfilarli meglio
Si spinge verso l'alto lo spigolo che era sotto quello tolto e si estrae anche il vertice sotto ad esso Ruotando le varie facce si sfilano tutti gli altri elementi
Si spinge verso l'alto lo spigolo che era sotto quello tolto
e si estrae anche il vertice sotto ad esso
Ruotando le varie facce si sfilano tutti gli altri elementi, resta il
core con i centri. In primo piano uno spigolo ed un vertice

Per rimontare il cubo, eventualmente dopo averlo pulito e lubrificato, si segue la stessa procedura in senso opposto sino a inserire a pressione l'ultimo spigolo che funge da "chiave di volta" e blocca il tutto.

ATTENZIONE: è sempre consigliabile rimontare i cubi o altri puzzle in configurazione di "puzzle completato" ossia con gli elementi disposti in modo che le facce siano tutte di un unico colore (o comunque nella configurazione di partenza) per in incorrere in una delle tante "configurazioni impossibili" ovvero in una configurazione che, per la stessa costruzione del cubo e per i movimenti e posizioni reciproche dei pezzi, non si potrà mai verificare mescolando il cubo in modo naturale, ovvero ruotando le facce. Un puzzle che mostra una configurazione impossibile non potrà mai essere risolto se non smontandolo tutto e rimontandolo in posizione risolta o solo in parte, ruotando ad esempio uno o più elementi in modo che torni risolvibile con i normali metodi.

Per smontare cubi moderni che al posto dei rivetti, non sfilabili, hanno delle comode viti (che servono anche per regolare la scorrevolezza delle facce come spiegato nel paragrafo successivo) è preferibile togliere almeno una di queste viti e sfilare il pezzo centro corrispondente. In realtà è possibile sempre o quasi agire come nel caso del cubo rivettato, estraendo uno spigolo a forza, ma i cubi moderni dispongono di appositi "dispositivi anti-pop" (i c.d. "torpedo") che rendono l'operazione difficoltosa (sono appendici che servono appunto ad evitare fuoriuscite indesiderate di elementi durante la rotazione delle facce quando le stessi si inceppano). Meglio non rischiare di rovinarli.

FASI DI SMONTAGGIO DI UN CUBO DI RUBIK CON VITI (Shengshou Wind 3x3x3)
Togliamo il coperchietto di uno dei centri con un piccolo cacciavite piatto Con un cacciavite a stella si svita la vite dal pezzo centrale
Togliamo il coperchietto di uno dei centri con un piccolo
cacciavite piatto (sul fianco del pezzo, o nei quattro angoli
a seconda dei cubi, ci sono delle
"unghie" incise per infilare la punta)
Con un cacciavite a stella si svita la vite dal pezzo centrale e si estraggono la vite e la molla (fare attenzione se la vite è conica, va reinserita nello stesso modo, in questo caso con la parte più larga verso centro cubo)
Si sfilano gli altri pezzi come per il cubo rivettato Il cubo smontato, visibili il core e gli elementi spigolo e vertice
Si sfilano gli altri pezzi come per il cubo rivettato (se non
vogliamo pulire e lubrificare tutti i centri non serve
smontarli a meno che la meccanica del cubo non lo richieda)
Il cubo smontato, visibili il core e gli elementi spigolo e vertice

Anche qua per rimontare il cubo procederemo secondo l'ordine opposto con il quale lo abbiamo smontato, facendo attenzione a reinserire la molla nel verso originale (se vi sono rondelle tra molla e fondo della sede in plastica occorre reinserire anche quelle) e regolando la stretta della vite in modo che la scorrevolezza della faccia sia pari a quella delle altre. Da queste foto si può notare la differenza di forma degli elementi dei cubi moderni da speedcubing da quelli del cubo originale, molto più arrotondata e levigata, per avere una velocità di rotazione maggiore e meno inceppamenti.

Il cubo Shengshou 4x4x4 parzialmente smontato

Il cubo Shengshou 4x4x4 parzialmente smontato

Lo schema di funzionamento del cubo 3x3x3 è ripreso in tutti gli altri cubi e in molti puzzle simili, ovviamente con l'aumentare del numero di parti aumenta la complessità interna e i produttori hanno adottato soluzioni diverse per consentire il movimento dei pezzi., All'aumentare del numero N dei cubi NxNxN aumentano le dimensioni, anche se sino al 5x5x5 i "cubetti" sono sempre più piccoli) ed il peso (il 5x5x5 della Shengshou pesa circa 160g, l'11x11x11 della Yuxin pesa oltre 900 g) cosa che li rende anche un po' scomodi da maneggiare. Nella foto sopra si vede il 4x4x4 versione IV della Shengshou con alcuni degli elementi esterni. In pratica, nei cubi di ordine pari, i centri (mobili) sono infilati attorno ad una piastra emisferica centrale munita di vite e molla, che sostituisce l'elemento centrale dei cubi di ordine dispari (la molla resta così al di sotto degli elementi centro e per regolarla occorre smontare il cubo). Gli altri elementi sono praticamente aggrappati ad un traliccio di elementi interni, che costituiscono12 arcate fra i lati delle facce contigue, e ruotano tutti assieme ai pezzi esterni del cubo. Nei cubi di ordine dispari la funzione dei pezzi interni è invece svolta da sporgenze e sagomature delle parti nascoste dei pezzi esterni che si prolungano sino a centro cubo. Il numero di elementi costituenti il puzzle aumenta quindi notevolmente, non solo per il maggior numero di pezzi esterni ma anche per la presenza degli eventuali elementi interni.

Cubo Shengshou 4x4x4 completamente smontato

Cubo Shengshou 4x4x4 completamente smontato

Smontare un cubo 4x4x4 (o superiore) è abbastanza semplice, si può partire (per i cubi pari, ovvero con testa della vite interna) ruotando al solito una faccia a 45° e sollevando gli spigoli con un attrezzo piatto oppure se la vite è raggiungibile, togliendo una vite ed il relativo elemento centrale, poi un po' alla volta, mancando il sostegno reciproco, si sfilano tutti i pezzi. Il rimontaggio però è una operazione abbastanza complicata soprattutto le prime volte occorrendo un po' di tempo per comprendere bene la meccanica del puzzle, comunque di pazienza, i pezzi sono piccoli e, anche causa la lubrificazione, spesso sfuggono dalle dita, inoltre sino a che non si completa almeno mezzo cubo, manca del tutto il sostegno degli stessi gli uni contro gli altri, spesso occorre premere dei componenti per incastrarli e contemporaneamente tenere tutto il cubo perché non "esploda" (occorrerebbero) più mani. Insomma, se non siete costretti a farlo o non amate i lavori di pazienza, non smontate un cubo di ordine superiore al tre specie se pari. :-) Per fortuna si trovano in rete diversi video che illustrano come fare.

Manutenzione e lubrificazione

Malgrado lo si possa considerare un giocattolo, il Cubo di Rubik e i puzzle ad esso affini hanno comunque bisogno di un po' di cura e, ogni tanto, di un po' di manutenzione specie se intendete dedicarvi allo speedcubing vero e proprio ma anche solo per poterlo maneggiare bene. Sebbene molti appassionati tengano i loro cubi esposti su mensole o comunque in bella vista, io preferisco conservarli al riparo della polvere nelle loro scatole. La plastica infatti attira polvere per semplice elettricità statica.

Per regolare il cubo e lubrificarlo esistono numerose guide in rete, servono un po' di tempo, pazienza ed attenzione anche perché smontare i cubi di ordine superiore al 3x3x3 o di forme diverse (come Il Megaminx) occorre un po' di pratica visto il gran numero di pezzi. E' consigliabile sistemarsi comodi su un ampio tavolo bene illuminato (l'illuminazione naturale è sempre preferibile perché falsa meno i colori evitando di scambiare pezzi in fase di rimontaggio), eventualmente mettendo sul tavolo un panno o della carte onde evitare di ungerlo con i lubrificanti. Sono consigliati (dagli esperti) lubrificante a base siliconica per l'interno dei pezzi centrali (utile il lubrificante per differenziali), anche spray, dove vi è attrito fra vite, molle e plastica, e lubrificanti appositi per speedcube in genere a base acquosa per le parti in plastica che sono in contatto fra loro (questi hanno effetto meno duraturo ma poiché sono molto fluidi si possono anche fare colare nello spazio fra gli elementi senza smontare il puzzle, con il lubrificante per cubi della Maru bastano un paio di gocce). Altri lubrificanti, come la vaselina, sono sconsigliati (se usati occorre smontare il cubo e ripulirlo bene prima di lubrificarlo con prodotti adatti). Lubrificare le viti serve inoltre a fare sparire il fastidioso cigolio di molle tipico di molti cubi nuovi. 

Cubo ShengShou Wind 3x3x3 smontato

Cubo Shengshou Wind 3x3x3 smontato ed in ordine sul tavolo con i cacciaviti utilizzati

Ci si munisce quindi di due cacciaviti, uno piccolo a punta piatta (3-4-mm) per sollevare i caps, ovvero i coperchietti dei pezzi centrali che coprono le viti (nel pyraminx basta estrarre la parte in plastica dei vertici tirandola con forza, nei centri dei cubi ci sono piccole scanalature per infilare il cacciavite sotto il bordo dei coperchietti) ma a volte si riesce con le unghie delle mani, ed uno un po' più grande (5-6 mm) a stella per le viti interne. Si solleva e si tolgono i caps, poi si allentano le viti e si estraggono la vite, la molla e, se presente, la piccola rondella che riduce l'attrito fra la punta della molla ed il fondo dell'incavo in plastica dove viene infilata la vite, disponendo tutto con ordine facendo attenzione a non perdere componenti. Una volta tolto uno dei centri è facile togliere i vari pezzi del puzzle anche senza smontare gli altri centri, si rende invece necessario per lubrificare tutte le molle. La molla può anche essere leggermente tronco conica, ovvero restringersi da una estremità all'altra, nel qual caso occorre ricordarsi come è orientata.

ATTENZIONE: cercate sempre di usare cacciaviti a stella della misura giusta, non troppo grandi e non troppo piccoli, per non rovinare le viti, spesso di acciaio un po' tenero. Cubi diversi inoltre possono necessitare di cacciaviti diversi. I cubi nuovi inoltre a volte sono avvitati molto stretti (con avvitatore) per cui occorre forza per svitare le viti, non sempre i cacciaviti con impugnatura a stilo come quelli in foto riescono a fare il braccio di leva necessario, meglio cacciaviti con impugnatura un po' più grande, che non sfuggano alla mano e facciano la forza necessaria. Ovviamente riavvitando non stringeremo le viti come degli avvitatori, per cui la volta successiva l'operazione sarà più agevole. Personalmente mi sono capitate ben tre viti bloccate su due cubi, una delle quali già un po' danneggiata nella sede, non svitabili (da questo punto di vista sono meglio i cubi di tipo DIY). Una piccola calamita può servire per estrarre la vite se non è magnetizzata la punta del cacciavite.

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Nell'immagine sopra si vede un cubo 3x3x3 di nuova generazione smontato, in alto a sx il core (ovvero il nucleo di plastica bianca su cui si avvitano le molle) parzialmente smontato, il cap della faccia bianca, la vite con la molla, a destra in alto i pezzi vertice, in basso i pezzi spigolo ed i due cacciaviti a stella e piatto utilizzati. Per il rimontaggio è comodo orientare sul tavolo tutti i pezzi in modo che siano visibili i colori delle faccette.

Prima di lubrificare i vari pezzi occorre pulirli dalla polvere che a volte forma vere e proprie "incrostazioni" sulle facce interne e su eventuali scanalature e rialzi se presenti, per fare questo meglio usare un panno umido, anche se qualcuno "lava" interamente i pezzi in acqua (ma gli adesivi potrebbero scollarsi). Per togliere velocemente la polvere che si annida fra gli strati senza montare il cubo possiamo usare anche un pennellino ruotando gli strati di 45°, una direzione per volta, o un getto d'aria (bombolette che si usano per pulire apparecchiature elettroniche).

Spolveriamo il cubo (Shengshou 3x3x3 Aurora)

Spolveriamo il cubo (Shengshou 3x3x3 Aurora)

Il lubrificante siliconico va messo nella sede delle viti (ne basta poco) o sulle viti stesse che verrano poi reinserite con molla (attenzione a come è orientata la molla, a volte è leggermente conica, se reinserita al contrario può essere causa del fastidioso cigolio quando si ruotano le facce) e rondella, mentre quello a base acquosa si metterà nei punti di attrito fra le facce interne una volta rimontato parzialmente il cubo (poiché molto fluido ne bastano una o due gocce, potrebbe colare attraverso i pezzi del cubo = > mettere sempre uno straccio o un foglio di carta doppio sul tavolo). Rimontato il cubo, prima di chiudere i caps regoleremo anche le viti in modo che la scorrevolezza rotazione delle facce sia pressoché uguale per tutte, stringendole o allentandole in modo ottimale per noi, con attenzione perché basta ruotare la vite di pochi gradi perché si senta già l'effetto. Notare che, poichè gli elementi del cubo scorrono gli uni sugli altri, la regolazione di una vite non influenza solo il movimento della faccia in cui si trova la vite stessa ma anche indirettamente il movimento di quelle vicine. Occorre quindi provare un po' tutte le facce. Una volta terminato chiuderemo i caps e mescoleremo bene il cubo un po' di volte in modo che il lubrificante si sparga su tutte le superfici. Poi potremo collaudare il risultato con qualche risoluzione che contribuirà a distribuire il lubrificante. Ricordo che per evitare "configurazioni di pezzi impossibili" occorre seguire lo schema dei colori ed è consigliabile sistemare i pezzi in configurazione di cubo completato, ossia con tutte le facce di un unico colore. Se dobbiamo solo regolare la tensione delle molle, in modo che la scorrevolezza delle facce sia quella che desideriamo, possiamo togliere i caps senza smontare il cubo, e stringere o allentare le viti come necessario. Anche in questo caso è preferibile agire con il cubo in configurazione di cubo completato onde evitare di scambiare qualche coperchietto (se anche fossero nelle reciproche posizioni giuste fra loro, potrebbero non essere comunque nelle sedi che occupavano prima, con il risultato di finire in una delle tante "configurazioni impossibili" che costringerà a smontare il cubo da capo per rimontarlo risolto). L'alternativa è togliere e rimettere i caps uno alla volta (o al limite lasciarne uno come riferimento per poi riposizionare gli altri secondo lo schema).

Per la lubrificazione del cubo c'è un ottimo tutorial video qua.


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