Устройство головоломки "пестрый шар"
Предложенное устройство относится к игрушкам, в частности к головоломкам. Устройство головоломки состоит из подвижных элементов, образующих общее тело и перемещаемых вокруг осей вращения, проходящих через центральную часть общего тела. Общее тело выполнено шарообразным и сформировано только из подвижных элементов без удерживающих и связывающих деталей. Для перемещения подвижных элементов используется более трех осей вращения. Данное техническое решение обеспечивает снижение материалозатрат при изготовлении головоломки за счет упрощения конструкции. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к игрушкам, в частности к производству головоломок, и может быть также использовано при изготовлении сувениров, украшений, для иллюстрации сложных геометрических построений и других учебно-познавательных целей.
Известны многочисленные головоломки с перемещающимися деталями в общем для них теле, в том числе располагаемыми в одной плоскости или в фигурах различных объемных форм (см. журнал “Наука и жизнь”, №12, 2003, с.52-63). Основными недостатками таких головоломок являются невысокая сложность решения задач для плоских фигур и чрезмерная сложность изготовления для объемных при общем их недостатке - упрощенном подходе к формированию поверхности игровых тел.
Известна также головоломка, состоящая из подвижных элементов, образующих общее тело и перемещаемых вокруг осей вращения, проходящих через центральную часть общего тела, при этом подвижные элементы являются кольцами, образующими путем переплетения между собой общее тело и располагаемыми в плоскостях, проходящими через его центральную часть (SU 1388075, 15.04.1988). Недостатком данной головоломки является сложность ее изготовления.
Задачей изобретения является создание простого и надежного устройства головоломки, обеспечивающего многообразное перемещение подвижных элементов вдоль сферической поверхности и определяющего возможность постановки и решения на нем комплекса задач различной сложности.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в снижении материалозатрат при изготовлении головоломки за счет упрощения ее конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве головоломки, состоящем из подвижных элементов, образующих общее тело и перемещаемых вокруг осей вращения, проходящих через центральную часть общего тела, согласно изобретению общее тело выполнено шарообразным и сформировано только из подвижных элементов без удерживающих и связывающих деталей, а для перемещения подвижных элементов используется более трех осей вращения.
При этом, в частности, могут быть использованы в устройствах четыре или шесть осей вращения, располагаемых под одинаковыми углами друг к другу. В качестве подвижных элементов могут применяться кольца, располагаемые в плоскостях, перпендикулярных осям вращения и проходящих через центральную часть общего тела. Общее тело в этом случае образуется путем переплетения колец между собой.
Кольца в устройстве могут иметь пеструю окраску, позволяющую отличить какой-либо окрашенный участок кольца от другого. При этом длина различно окрашенных участков в кольце и цветовая последовательность в нем может быть одинаковой для всех колец в общем теле, а количество этих участков равно числу пересечений с другими кольцами. В ряде случаев предпочтительной может оказаться цилиндрическая форма колец.
Устройство с приведенными выше признаками имеет следующие достоинства и преимущества относительно прототипа и аналогов.
В соответствии с первым отличием, согласно которому в устройстве используется для перемещения подвижных элементов более чем три оси вращения, обеспечивается при прочих равных условиях многократное увеличение числа сочетаний между элементами, даже при использовании только одной дополнительной оси. Этим достигается многообразие возможностей распределения подвижных элементов на поверхности общего тела.
Использование для перемещения подвижных элементов четырех или шести осей вращения, располагаемых под одинаковыми углами друг к другу и пересекающихся в центральной части общего тела, обеспечивает равномерное распределение пространства и поверхности общего тела между осями. Это, в свою очередь, определяет возможность применения унифицированных подвижных элементов. При четырехосевом строении устройства угол между осям составляет в этом случае приблизительно 70,4°, при шестиосевом он составляет около 63,4°.
Использование колец в качестве подвижных элементов с расположением плоскостей колец перпендикулярно осям вращения и пересечением их в центральной части общего тела позволяет сформировать общее тело только из подвижных элементов, без каких-либо удерживающих и связывающих деталей. Общее тело формируется в этом случае в результате переплетения колец между собой. Например, если какое-либо кольцо, пересекаясь с другим кольцом, проходит под ним, то при пересечении со следующим кольцом оно должно проходить над ним, затем под другим и т.д. Такое расположение колец обеспечивает достаточную прочность конструкции при сохранении удовлетворительной их подвижности.
Число колец в устройстве соответствует в этом случае количеству осей вращения, и при указанном выше расположении осей для четырехосевой конструкции устройства каждое кольцо имеет шесть пересечений с другими кольцами и эти пересечения располагаются на равных расстояниях одно от другого. Для шестиосевой конструкции в каждом кольце имеется по 10 пересечений, располагаемых также на равных расстояниях друг от друга.
В результате подобных пересечений в четырехосевой конструкции образуется 6 четырехугольных и 8 треугольных правильных ячеек. В шестиосевой конструкции образуется 12 пятиугольных и 20 треугольных правильных (равносторонних и равноугольных) ячеек, равномерно и симметрично располагаемых по поверхности получившегося в результате этих пересечений шарообразного общего тела.
При использовании колец круглого сечения, изготовленных например из проволоки, полимерной лески и других достаточно упругих материалов, обнаруживается такое важное свойство конструкции из них, как возможность трансформации объемного шарообразного тела в плоское кольцеобразное, состоящее из пучка колец. Трансформация достигается растягиванием сторон какой-нибудь ячейки к периферии общего тела. Сдвижение этих сторон после трансформации в противоположном направлении приводит к возвращению из этого кольцевого пучка в общее тело прежней шарообразной формы.
Окраска различных участков колец в разные цвета позволяет получить значительное число различных цветовых сочетаний по сторонам ячеек общего тела. Найти среди этих сочетаний заданные сочетания вращением колец является одной из основных целей использования головоломки. Для упрощения задачи поиска заданных сочетаний и для уменьшения трудоемкости изготовления головоломки целесообразно раскраску выполнять по достаточно хорошо заметному порядку.
В частности, для всех колец в этом случае целесообразно принять длину различно окрашенных участков одинаковой и равной расстоянию между ближайшими пересечениями, количество используемых цветовых окрасок и их последовательность также принять для всех колец одинаковыми. При использовании такого варианта окраски и при совмещении границ окраски с точками пересечения колец в каждой ячейке общего тела их стороны не будут изменять свой цвет по длине.
Использование колец цилиндрической формы с их шириной, не препятствующей свободному вращению колец, позволяет сделать конструкцию устройства более прочной и улучшить ее внешний вид. Цилиндрическими кольцами может быть покрыта большая часть поверхности общего тела, это, а также яркая окраска колец и симметричное расположение ячеек правильной формы по поверхности устройства делает его красивым.
Изобретение иллюстрируется чертежом, в котором находят отражение в наиболее полном объеме все основные признаки изобретения. На чертеже представлено устройство шестиосевой конструкции с цилиндрическими кольцами с видом по направлению одной из осей вращения. На чертеже видно: цилиндрические кольца 1; пятиугольные ячейки 2; треугольные ячейки 3; границы различной окраски колец 4.
Изготовление устройства и порядок работы с ним поясняются следующим примером.
Для изготовления шестиосевого устройства диаметром около 7 см используется 6 полос из листового упругого пластика, толщиной менее 1 мм, шириной по 1 см и длиной по 20 см. Все эти полосы раскрашены в 10 цветов, следующих в последовательности: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, коричневый, черный и белый. Каждый цвет занимает в полосах по 2 см. После переплетения полос между собой так, как показано на чертеже, их концы свариваются или склеиваются. Этой операцией заканчивается процесс изготовления головоломки.
Использование головоломки заключается в основном в поиске заданных композиций из произвольно расположенных цветовых окрасок по поверхности общего тела. Задачи таких поисков могут быть простыми, как например получить максимальное количество ячеек (треугольных, пятиугольных) с одинаковой раскраской их сторон, так и более сложными, например подобрать такое распределение раскрасок, чтобы в каждой из 12 пятиугольной ячейке все стороны были бы разного цвета. Все эти задачи решаются протягиванием (вращением) одних колец сквозь другие до тех пор, пока не будет найдена требуемая композиция.
1. Устройство головоломки, состоящее из подвижных элементов, образующих общее тело и перемещаемых вокруг осей вращения, проходящих через центральную часть общего тела, отличающееся тем, что общее тело выполнено шарообразным и сформировано только из подвижных элементов без удерживающих и связывающих деталей, а для перемещения подвижных элементов используется более трех осей вращения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещение подвижных элементов происходит вокруг четырех осей вращения, располагаемых под равными углами друг от друга.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещение подвижных элементов происходит вокруг шести осей вращения, располагаемых под равными углами друг от друга.
4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что подвижные элементы являются кольцами, образующими путем переплетения между собой общее тело и располагаемыми в плоскостях, проходящих через его центральную часть.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кольца имеют пеструю окраску, позволяющую отличить какой-либо окрашенный участок кольца от другого.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что длина различно окрашенных участков в кольце и цветовая последовательность в нем одинаковы для всех колец в общем теле, а количество этих участков равно числу пересечений с другими кольцами.
7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кольца имеют цилиндрическую форму.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что кольца имеют цилиндрическую форму.
9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кольца имеют цилиндрическую форму.
