Cubo de Rubik

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Antecedentes

O cubo de Rubik é um quebra-cabeça de brinquedo projetado por Erno Rubik em meados da década de 1970. É um dispositivo em forma de cubo feito de pedaços de cubos menores com seis faces e cores diferentes. O principal método de fabricação envolve a moldagem por injeção das várias peças componentes e, em seguida, a montagem, rotulagem e embalagem subsequentes. O cubo era extremamente popular durante a década de 1980 e, em seu pico entre 1980 e 1983, 200 milhões de cubos foram vendidos em todo o mundo. Hoje as vendas continuam a ser mais de 500.000 cubos vendidos em todo o mundo a cada ano.

O cubo de Rubik parece ser feito de 26 cubos menores. Em seu estado resolvido, ele possui seis faces, cada uma composta por nove pequenas faces quadradas da mesma cor. Embora pareça que todas as faces pequenas podem ser movidas, apenas os cantos e bordas podem realmente se mover. Os cubos centrais são fixos e giram apenas no lugar. Quando o cubo é desmontado, pode-se ver que os cubos centrais estão cada um conectado por eixos a um núcleo interno. Os cantos e bordas não estão fixos em nada. Isso permite que eles se movam em torno dos cubos centrais. O cubo mantém sua forma porque os cantos e bordas mantêm-se no lugar e são retidos pelos cubos centrais. Cada peça possui uma aba interna que é retida pelos cubos centrais e presa pelas peças circundantes. Essas guias são moldadas para caber ao longo de uma trilha curva que é criada pelas costas das outras peças. Os cubos centrais são fixados com mola e rebite e retêm todas as peças circundantes. A mola exerce a pressão certa para segurar todas as peças no lugar, ao mesmo tempo que dá flexibilidade suficiente para uma função suave e indulgente.

História

Os fabricantes de quebra-cabeças vêm criando problemas para as pessoas resolverem há séculos. Alguns dos primeiros quebra-cabeças datam da época dos antigos gregos e romanos. Os chineses têm um quebra-cabeça de anel que se acredita ter sido desenvolvido durante o segundo século d.C. Isso foi descrito pela primeira vez pelo matemático italiano Girolamo Carolano (Cardan) em 1550. Quando a impressora foi inventada, livros completos de problemas matemáticos e mecânicos projetados especificamente para recreação foram distribuídos.

A partir desses primeiros enigmas e problemas de palavras, os quebra-cabeças de brinquedo foram desenvolvidos naturalmente. Em 1857, o matemático irlandês Sir William Hamilton inventou o quebra-cabeça icossiano. Por volta de 1870, o famoso Quebra-cabeça 15 foi apresentado, supostamente por Sam Lloyd. Esse quebra-cabeça envolvia ladrilhos numéricos que precisavam ser colocados em ordem e se tornaram extremamente populares no início do século XX. Em 1883, o matemático francês Edouard Lucas criou o quebra-cabeça da Torre de Hanói. Este puzzle era composto por três cavilhas e vários discos de diferentes tamanhos. O objetivo era colocar os discos nas cavilhas na ordem correta.

Existem vários quebra-cabeças que envolvem ladrilhos quadrados coloridos e cubos coloridos. Alguns precursores do cubo de Rubik incluem dispositivos como o Katzenjammer e o quebra-cabeça Mayblox. O quebra-cabeça Mayblox foi criado pelo matemático britânico Percy MacMahon no início dos anos 1920. Na década de 1960, a Parker Bothers introduziu outro brinquedo do tipo quebra-cabeça de cubo chamado Instant Insanity. Este brinquedo alcançou um nível moderado de popularidade nos Estados Unidos. O início dos anos 1970 trouxe consigo um dispositivo chamado Pyraminx, que foi inventado por Uwe Meffert. Este brinquedo era uma pirâmide que tinha peças móveis que deveriam ser alinhadas de acordo com a cor.

Erno Rubik, um arquiteto e professor da Universidade de Budapeste desenvolveu o primeiro protótipo funcional do cubo de Rubik em 1974. Ele recebeu uma patente húngara em 1975. Aparentemente, ele também foi projetado de forma independente por Terutoshi Ishige, um engenheiro do Japão, que recebeu uma patente japonesa em 1976. O professor Rubik criou o cubo como uma ajuda de ensino para seus alunos, ajudando-os a reconhecer relações espaciais tridimensionais. Quando ele mostrou o protótipo funcional para seus alunos, foi um sucesso imediato.

Nos anos seguintes, Rubik trabalhou com um fabricante para permitir a produção do cubo em escala massiva. Após três anos de desenvolvimento, os primeiros cubos estavam disponíveis nas prateleiras das lojas de brinquedos em Budapeste. Embora o cubo continuasse popular no Hungry, a atmosfera política da época dificultou sua introdução nos Estados Unidos. Os dois homens mais responsáveis ​​por tornar o cubo um sucesso internacional foram o Dr. Laczi Tibor e Tom Kremer, da Seven Towns Ltd., em Londres. A Seven Towns licenciou a invenção do Cubo Rubik do Professor Rubik para distribuição mundial. O Dr. Tibor trabalhou na Hungry para convencer os burocratas a permitir que a tecnologia saísse do país. Kremer encontrou uma fabricante de brinquedos nos Estados Unidos, a empresa Ideal Toy, que estava disposta a ajudar a comercializar o produto. O produto foi um sucesso imediato e, durante a década de 1980, foram vendidos mais de 200 milhões de cubos. Por volta de 1983, a popularidade frenética do cubo começou a diminuir e as vendas diminuíram drasticamente. Permaneceu em produção em pequena escala até que Seven Towns assumiu o marketing e licenciou o Rubik Cube para a Oddzon Company para o mercado dos Estados Unidos em 1995. Desde então, as vendas aumentaram constantemente para mais de 500.000 unidades por ano.

Design

A parte mais importante na fabricação de um cubo de Rubik é projetar o molde para as várias peças. Um molde é uma cavidade esculpida em aço que tem a forma inversa da peça que irá produzir. Quando o plástico líquido é colocado no molde, ele assume a forma do molde quando esfria. A criação do molde é extremamente precisa. A cavidade é altamente polida para remover qualquer falha na superfície. Qualquer falha seria reproduzida em cada uma das milhões de peças que o molde irá produzir. Na fabricação das peças do cubo, um molde de duas peças é normalmente empregado. Durante a produção, as duas peças do molde são reunidas para formar a parte de plástico e, em seguida, abertas para liberá-la. A ferramenta inclui pinos ejetores que liberam as peças moldadas das ferramentas à medida que são abertas. Todas as peças são moldadas com ferramentas de bloqueio automático que removem automaticamente as peças do canal de injeção conforme ele é ejetado. Os moldes também são produzidos com uma leve conicidade, chamada de ângulo de liberação, que auxilia na remoção. Finalmente, quando os moldes são projetados, eles são ligeiramente maiores do que as peças que irão produzir. Isso ocorre porque, à medida que os plásticos esfriam, eles encolhem. Diferentes plásticos terão uma taxa de contração diferente e cada ferramenta deve ser projetada especificamente para o material que será usado.

O cubo comercial é composto por seis cubos fixos, oito cubos móveis nos cantos e 12 cubos móveis nas bordas. Cada cubo tem seis cores. O cubo de Rubik tem as cores vermelho, amarelo, azul, verde, branco e laranja. Em seu estado resolvido, cada cor está em apenas uma face. Quando o cubo é girado, as bordas e cantos se movem e o cubo fica embaralhado. O desafio do quebra-cabeça é restaurar cada cubo à sua posição original. O cubo é extremamente desafiador porque há pouco mais de 43 quintilhões (4,3 × 10 ¹⁹ ) arranjos possíveis e apenas uma solução.

O cubo de Rubik padrão tem lados de cerca de 2,2 pol. (5,7 cm) por quadrado. Vários outros tamanhos também foram produzidos, como um minicubo de 1,5 pol. (3,8 cm), um microcubo de chaveiro de 0,8 pol. (2 cm) e um cubo gigante de 3,5 pol. (9 cm). Embora o cubo padrão seja uma segmentação 3 × 3 × 3, outros tipos também foram introduzidos. Alguns dos mais interessantes incluem o cubo 2 × 2 × 2, o cubo 4 × 4 × 4 (chamado Rubik's Revenge) e o cubo 5 × 5 × 5. A forma também foi variada e quebra-cabeças na forma de um tetraédrico, uma pirâmide e um octaédrico estão entre os tipos que foram produzidos. O cubo de Rubik também levou ao desenvolvimento de derivados de jogo, como o quebra-cabeça do cubo de Rubik e a borracha de cubo Rub it.

Matérias-primas

As peças individuais que compõem o cubo de Rubik são normalmente produzidas em plástico. Os plásticos são materiais de alto peso molecular que podem ser produzidos por meio de várias reações químicas chamadas de polimerização. A maioria dos plásticos usados ​​em um cubo de Rubik são termoplásticos. Esses compostos são rígidos, duráveis ​​e podem ser moldados permanentemente em várias formas. Os plásticos usados ​​no cubo de Rubik são acrilonitrila butadieno estireno (ABS) e náilon. Outros plásticos que podem ser usados ​​incluem polipropileno (PP), poliestireno de alto impacto (HIPS) e polietileno de alta densidade (HDPE).

Para fins decorativos, um corante é normalmente adicionado ao plástico. As peças de um cubo de Rubik são normalmente pretas. Durante a produção, adesivos coloridos são colocados do lado de fora do cubo para denotar a cor de um lado. Os plásticos usados ​​durante a produção são fornecidos ao fabricante na forma de pellet completo com o enchimento e os corantes. Essas pelotas podem então ser carregadas diretamente nas máquinas de moldagem.

O processo de fabricação

A fabricação dos primeiros protótipos de cubo de Rubik foi feita à mão. Durante o final da década de 1970, os métodos de produção em massa foram desenvolvidos e continuam a ser usados ​​até hoje. Normalmente, a produção é um processo passo a passo que envolve a moldagem por injeção das peças, encaixando as peças, decorando o cubo de Rubik e colocando o produto acabado na embalagem.

Moldagem

• 1 Quando a produção é iniciada, os pellets de plástico são transformados em peças de cubo de Rubik por meio da moldagem por injeção. Nesse processo, os pellets são colocados na tremonha de uma injetora. Eles são derretidos quando são passados ​​por uma rosca controlada hidraulicamente. Conforme o parafuso gira, o plástico derretido é lançado através de um bico e fisicamente forçado, ou injetado, no molde. Pouco antes da chegada do plástico derretido, as duas metades do molde são unidas para criar uma cavidade que tem o formato idêntico à parte do cubo de Rubik. Pode ser uma aresta, um canto ou a peça central. Dentro do molde, o plástico é mantido sob pressão por um determinado período de tempo e, em seguida, pode ser resfriado. Durante o resfriamento, o plástico endurece dentro do molde. Após o tempo suficiente, as metades do molde são abertas e os pedaços do cubo são ejetados. O molde então fecha novamente e o processo começa novamente. Cada vez que a máquina molda um conjunto de peças é um ciclo da máquina. O tempo de ciclo do cubo de Rubik é de cerca de 20 segundos.
• 2 Depois que as peças do cubo são ejetadas do molde, elas são colocadas em caixas de contêineres e inspecionadas manualmente para garantir que nenhuma peça significativamente danificada seja usada. O material residual do jito é separado para ser reutilizado ou descartado. O material residual pode ser triturado e derretido novamente para fazer novas peças; no entanto, o material retificado pode degradar e causar peças de baixa qualidade. Os cubos de Rubik são sempre feitos de material virgem e nunca usam resíduos de plástico retificados.

Montagem de peças

• 3 As peças do cubo de Rubik são levadas para uma linha de montagem. Nesta fase de produção, as peças individuais do cubo são colocadas juntas. Começando com o núcleo de náilon, cada cubo central de ABS é rebitado ao núcleo com um espaçador de mola. O rebite é cuidadosamente controlado com um batente de profundidade para garantir que a mola seja comprimida na medida certa. Cada cubo central tem uma tampa de plástico que é colada para esconder o rebite. Um dos seis cubos centrais é deixado até a última parte da montagem. As bordas e cantos em ABS são empilhados individualmente ao redor do núcleo. O cubo é construído de baixo para cima e a última peça a ser montada é o cubo central final, que é novamente rebitado no núcleo com um espaçador de mola e a tampa final é colada.

Rotulagem

• 4 Em seguida, as faces do cubo de Rubik precisam ser rotuladas. As etiquetas são feitas de uma folha de polipropileno impressa com as cores. A folha impressa de PP é então laminada com uma capa protetora de PP transparente. O material é então cortado com as etiquetas enroladas em rolos. As etiquetas são feitas com todos os nove quadrados de cada face exatamente alinhados. Desta forma, os rótulos podem ser perfeitamente alinhados ao serem aplicados ao cubo.

Embalagem

• 5 Depois de finalizada toda a etiquetagem, os cubos são colocados em sua embalagem final. Pode ser uma pequena caixa com um livreto de instruções incluído ou uma embalagem de plástico com um forro de papelão. A embalagem tem o duplo propósito de proteger o cubo de Rubik de danos causados ​​pelo transporte e publicidade do produto. Os pacotes de cubos de Rubik são colocados em caixas e movidos para um palete. Os paletes são carregados em caminhões e os produtos são enviados para todo o mundo.

Controle de qualidade

Para garantir que cada brinquedo seja um produto de alta qualidade, os inspetores de controle de qualidade verificam o produto em cada fase de produção. Os grânulos de plástico que chegam são testados quimicamente para determinar se atendem a certas especificações químicas. Isso inclui verificações de aparência, cor, ponto de fusão, toxicidade e peso molecular.

A qualidade das peças individuais também é inspecionada logo após a saída do molde. Visto que milhares de peças são feitas diariamente, uma inspeção completa seria difícil. Consequentemente, os inspetores de linha podem verificar aleatoriamente as peças de plástico em intervalos de tempo fixos e verificar se atendem às especificações de tamanho, forma e consistência. Este método de amostragem fornece uma boa indicação da qualidade da execução geral da produção de cubos de Rubik. As coisas que são procuradas incluem peças deformadas, peças mal ajustadas e etiquetagem inadequada. Embora a inspeção visual seja o principal método de teste empregado, medições mais rigorosas também podem ser realizadas. O equipamento de medição é usado para verificar o comprimento, largura e espessura de cada parte. Normalmente, são usados ​​dispositivos como um paquímetro, um micrômetro ou um microscópio. Antes de colocar um cubo na embalagem, ele pode ser torcido para garantir que se mantenha unido e esteja em bom estado de funcionamento. Isso pode ser feito manualmente ou em um torno. Se um brinquedo apresentar defeito, ele será colocado de lado para ser refeito posteriormente.

O Futuro

Embora a extrema popularidade do cubo de Rubik tenha diminuído por volta de 1984, ele tem O cubo de Rubik começa com um núcleo de náilon. Os quadrados de plástico são então fixados de baixo para cima com as etiquetas colocadas por último. recentemente fez um retorno significativo. Isso foi o resultado de esforços de marketing impressionantes da Seven Towns. No futuro, esse esforço de marketing deve continuar a aumentar as vendas do cubo de Rubik. Além do cubo, outros quebra-cabeças derivados foram introduzidos, incluindo a cobra de Rubik, a triamida de Rubik e o quebra-cabeça de dobradura mágico de Rubik. Espera-se que novas variantes também sejam introduzidas em um futuro próximo.

Onde aprender mais

Livros

Chabot, J. F. The Development of Plastics Processing Machinery and Methods. Brookfield:Society of Plastics Engineers, 1992.

Othmer, Kirk. Enciclopédia de Tecnologia Química. Vol. 22, 1992.

Rubik, E. Rubik's Cubic Compendium. Oxford University Press, 1987.

Seymour, R. e C. Carraher. Polymer Chemistry. Nova York:Marcel Dekker, Inc., 1992.

Outro

Seven Towns Ltd. Página da Web on-line de Rubik. 27 de setembro de 2001. .

Patente dos Estados Unidos nº 4378116.

Patente dos Estados Unidos nº 4471959.

Página da Web do Virtual Puzzle Museum. 27 de setembro de 2001. .

Perry Romanowski

Steven Perrin

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