Układanka mechaniczna - Mechanical puzzle

Mechaniczna układanka autorstwa W. Altekruse, opatentowana w 1890 roku. Układanka składa się z dwunastu identycznych elementów, które muszą być ze sobą połączone.

Mechaniczne logiczna jest logiczna przedstawiona w postaci zestawu elementów powiązanych ze sobą mechanicznie, w którym roztwór jest manipulować cały obiekt lub jego części. Jedną z najbardziej znanych mechanicznych łamigłówek jest Kostka Rubika , wynaleziona przez węgierskiego architekta Ernő Rubika w 1974 roku. Łamigłówki są w większości przeznaczone dla jednego gracza, gdzie celem jest, aby gracz zobaczył zasadę przedmiotu, a nie tak bardzo, że przypadkowo wymyślają właściwe rozwiązanie metodą prób i błędów . Mając to na uwadze, są one często wykorzystywane jako test inteligencji lub podczas treningu rozwiązywania problemów .

Historia

Najstarsza znana zagadka mechaniczna pochodzi z Grecji i pojawiła się w III wieku p.n.e. Gra składa się z kwadratu podzielonego na 14 części, a celem było stworzenie z tych elementów różnych kształtów. Nie jest to łatwe. (patrz Stomachion loculus Archimedius)

W Iranie „zamki logiczne” były produkowane już w XVII wieku naszej ery.

Kolejne znane występowanie zagadek ma miejsce w Japonii . W 1742 w książce znajduje się wzmianka o grze zwanej "Sei Shona-gon Chie No-Ita". Około 1800 roku łamigłówka Tangram z Chin stała się popularna, a 20 lat później rozprzestrzeniła się w Europie i Ameryce.

Firma Richter z Rudolstadt rozpoczęła produkcję dużych ilości puzzli typu Tangram o różnych kształtach, tzw. "Puzzle Anker" około 1891 roku.


W 1893 roku Angelo John Lewis , używając pseudonimu „Profesor Hoffman”, napisał książkę pod tytułem Puzzles; Stary i Nowy . Zawierała między innymi ponad 40 opisów zagadek z sekretnymi mechanizmami otwierania. Ta książka rozrosła się w podręcznik do gier logicznych, a dla zainteresowanych istnieją współczesne egzemplarze.

Początek XX wieku to czas, w którym łamigłówki były bardzo modne i odnotowano pierwsze patenty na łamigłówki.

Wraz z wynalezieniem nowoczesnych polimerów produkcja wielu puzzli stała się łatwiejsza i tańsza.

W 1993 roku Jerry Slocum założył Slocum Puzzle Foundation, organizację non-profit zajmującą się edukacją społeczeństwa na temat łamigłówek poprzez zbieranie puzzli, wystawy, publikacje i komunikację.

Kategorie

montaż

W tej kategorii łamigłówka występuje w formie komponentów, a jej celem jest wykonanie określonego kształtu. Kostka Soma wykonane przez Piet Hein , w Pentomino przez Solomona Golomb i wspomnianych układania puzzli Tangram i „Anker-puzzle” to przykłady tego typu puzzle. Co więcej, do tej kategorii zaliczane są również problemy, w których wiele sztuk musi być ułożonych tak, aby zmieściły się w (pozornie zbyt małym) pudełku.

Zdjęcie przedstawia przykład układanki Hoffmana do pakowania . Celem jest zapakowanie 27 prostopadłościanów o bokach długości A, B, C do pudełka o długości boku A+B+C, z zastrzeżeniem dwóch ograniczeń:

1) A, B, C nie mogą być równe
2) Najmniejszy z A, B, C musi być większy niż

Jedna możliwość to A=18, B=20, C=22 – pudełko musiałoby wtedy mieć wymiary 60×60×60.

Nowoczesne narzędzia takie jak wycinarki laserowe pozwalają na tworzenie skomplikowanych dwuwymiarowych puzzli wykonanych z drewna lub tworzywa akrylowego. W ostatnich czasach stało się to dominujące i zaprojektowano puzzle o niezwykle dekoracyjnej geometrii. Wykorzystuje to mnogość sposobów dzielenia obszarów na powtarzające się kształty .

Komputery pomagają w projektowaniu nowych puzzli. Komputer pozwala na wyczerpujące poszukiwanie rozwiązania – z jego pomocą można zaprojektować układankę w taki sposób, aby miała jak najmniej rozwiązań lub rozwiązanie wymagające jak największej liczby kroków. Konsekwencją jest to, że rozwiązanie zagadki może być bardzo trudne.

Zastosowanie przezroczystych materiałów umożliwia tworzenie puzzli, w których elementy muszą być ułożone jeden na drugim. Celem jest stworzenie określonego wzoru, obrazu lub schematu kolorystycznego w rozwiązaniu. Na przykład jedna łamigłówka składa się z kilku krążków, na których kanciaste sekcje o różnych rozmiarach mają różne kolory. Dyski muszą być ułożone w stos tak, aby wokół dysków powstał kolorowy okrąg (czerwony->niebieski->zielony->czerwony).

Puzzle Piramidy

Układanka z piramidą składa się z dwóch lub więcej elementów, które pasują do siebie, tworząc piramidę. Dwuczęściowe łamigłówki ostrosłupowe nie mogą tworzyć zwykłej piramidy i mogą tworzyć jedynie czterostronną piramidę czworościenną. Rozwiązanie polega na zwróceniu do siebie kwadratowych powierzchni i skręceniu jednej w pionie, aby ukończyć czterostronną piramidę czworościenną. Istnieją również czteroczęściowe układanki w kształcie piramidy.

Demontaż

Zagadki demontażu

Łamigłówki z tej kategorii zazwyczaj rozwiązuje się, otwierając lub dzieląc je na części. Obejmuje to zagadki z sekretnymi mechanizmami otwierania, które należy otwierać metodą prób i błędów . Co więcej, puzzle składające się z kilku metalowych elementów połączonych ze sobą w jakiś sposób są również uważane za część tej kategorii.

Dwie łamigłówki pokazane na obrazku są szczególnie dobre na spotkania towarzyskie, ponieważ wydają się być bardzo łatwe do rozłożenia, ale w rzeczywistości wiele osób nie może rozwiązać tej zagadki. Problem tkwi w kształcie zazębiających się elementów – współpracujące powierzchnie są stożkowe, a zatem można je usunąć tylko w jednym kierunku. Jednak każdy element ma dwa przeciwnie nachylone stożki pasujące do dwóch sąsiednich elementów tak, że elementu nie można usunąć w żadnym kierunku.

Do tej kategorii należą pudełka zwane sekretnymi pudełkami lub pudełkami- puzzlami z sekretnymi mechanizmami otwierania, niezwykle popularnymi w Japonii. Te trumny zawierają mniej lub bardziej skomplikowane, zwykle niewidoczne mechanizmy otwierania, które przy otwarciu ujawniają małą pustą przestrzeń. Istnieje wiele różnych mechanizmów otwierania, takich jak ledwo widoczne panele, które należy przesunąć, mechanizmy pochylenia, zamki magnetyczne, ruchome kołki, które należy obrócić do określonej pozycji w górę, a nawet blokady czasowe, w których należy trzymać przedmiot w danej pozycji, aż ciecz wypełni określony pojemnik.

Blokowanie

Chiński węzeł drewna, znana zazębiająca się łamigłówka. W tej konkretnej wersji zaprojektowanej przez Billa Cutlera potrzeba pięciu ruchów, zanim pierwszy kawałek będzie mógł zostać usunięty.

W zazębiającej się układance jeden lub więcej elementów utrzymuje resztę razem lub elementy są wzajemnie samopodtrzymujące się. Celem jest całkowite rozłożenie, a następnie ponowne złożenie puzzli. Zarówno montaż, jak i demontaż mogą być trudne – w przeciwieństwie do puzzli montażowych, te puzzle zazwyczaj nie rozpadają się łatwo. Poziom trudności ocenia się zwykle na podstawie liczby ruchów wymaganych do usunięcia pierwszego elementu z początkowej układanki. Późniejsze łamigłówki wprowadziły elementy rotacji.

Znana historia tych zagadek sięga początków XVIII wieku. W 1803 r. w katalogu „Bastelmeiera” znalazły się dwie tego typu zagadki. Wspomniana powyżej książka z zagadkami profesora Hoffmana zawierała również dwie zazębiające się zagadki.

Na początku XIX wieku rynek tych puzzli przejęli Japończycy. Rozwinęli wiele gier o najróżniejszych kształtach – zwierząt, domów i innych przedmiotów – podczas gdy rozwój w świecie zachodnim obracał się głównie wokół kształtów geometrycznych.

Burr puzzle demontażu

Za pomocą komputerów stało się możliwe analizowanie kompletnych zestawów rozegranych gier. Proces ten rozpoczął Bill Cutler, analizując wszystkie chińskie sęki drewna. Od października 1987 do sierpnia 1990 wszystkie 35 657 131 235 różnych odmian zostało przeanalizowanych komputerowo. Przy kształtach innych niż chiński krzyż poziom trudności osiągnął poziom do 100 ruchów, aby usunąć pierwszy element, skalę, którą ludzie mieliby trudności z uchwyceniem. Szczytem tego rozwoju jest łamigłówka, w której dodanie kilku elementów podwaja liczbę ruchów. Przed publikacją projektu RD Design Project z 2003 r. przez Owena, Charnleya i Stricklanda zagadki bez kątów prostych nie mogły być skutecznie analizowane przez komputery.

Stewart Coffin od lat 60. tworzy puzzle oparte na dwunastościanie rombowym . Wykorzystano paski z sześcioma lub trzema krawędziami. Tego rodzaju łamigłówki często mają wyjątkowo nieregularne elementy, które łączą się w regularny kształt dopiero na ostatnim etapie. Co więcej, kąty 60 ° umożliwiają projekty, w których kilka obiektów musi być przesuwanych jednocześnie. Układanka „Rosebud” jest tego doskonałym przykładem: w tej układance 6 elementów musi zostać przesuniętych z jednej skrajnej pozycji, w której dotykają tylko rogów, do środka ukończonego obiektu.

Rozwikłanie

Zagadka rozplątywania. Celem jest usunięcie sznurka z dwiema kulkami z konstrukcji drucianej.

W przypadku tego rodzaju puzzli celem jest wyplątanie metalowej lub sznurkowej pętli z przedmiotu. Topologia odgrywa ważną rolę w tych łamigłówkach. Zdjęcie przedstawia wersję łamigłówki derringera. Chociaż prosty z wyglądu, jest dość trudny – większość witryn z łamigłówkami zalicza ją do swoich najtrudniejszych zagadek.

Vexiery to inny rodzaj łamigłówki – dwa lub więcej metalowych drutów, które zostały splecione, należy rozplątać. One również rozprzestrzeniły się wraz z ogólnym szaleństwem puzzli pod koniec XIX wieku. Duża liczba dostępnych do dziś Vexierów pochodzi właśnie z tego okresu.

Innym rodzajem Vexiera są tzw. puzzle pierścieniowe, których częścią są chińskie pierścienie. W tych łamigłówkach długa pętla z drutu musi zostać rozwinięta z siatki pierścieni i drutów. Liczba kroków wymaganych do rozwiązania często ma wykładniczy związek z liczbą pętli w łamigłówce. Popularny typ, który łączy pierścienie z prętem za pomocą linek (lub luźnych metalowych odpowiedników) ma wzór ruchu identyczny z kodem binarnym Graya, w którym tylko jeden bit zmienia się z jednego słowa kodowego w stosunku do swojego bezpośredniego sąsiada.

Godna uwagi zagadka, znana jako chińskie pierścienie, pierścienie Cardana , Baguenaudier lub puzzle renesansowe, została wymieniona około 1500 roku jako Problem 107 rękopisu De Viribus Quantitatis autorstwa Luca Pacioli . Zagadka jest ponownie przywołana przez Girolamo Cardano w wydaniu jego książki De subtililate z 1550 roku . Chociaż łamigłówka jest łamigłówką typu rozplątywania, ma również mechaniczne atrybuty łamigłówki, a rozwiązanie można wyprowadzić jako binarną procedurę matematyczną.

Chińskie pierścienie są związane z opowieści, że w średniowieczu , rycerze dałoby to do ich żony jako prezent, tak że w razie ich braku mogą wypełnić swój czas. Zagadki karczmowe , wykonane ze stali, oparte są na ćwiczeniach kucia, które zapewniły dobrą praktykę praktykantom kowala.

Niels Bohr użył łamigłówek rozplątujących zwanych Tangloidami, aby zademonstrować swoim uczniom właściwości spinu .

Zginać

Przykład składanej układanki, stworzonej przez Vesę Timonen (2002)

Celem w tym gatunku puzzli jest złożenie zadrukowanej kartki w taki sposób, aby uzyskać docelowy obrazek. W zasadzie do tej kategorii można zaliczyć Magię Rubika . Lepszy przykład pokazano na zdjęciu. Zadanie polega na złożeniu kwadratowej kartki papieru tak, aby cztery kwadraty z liczbami leżały obok siebie bez żadnych przerw i tworzyły kwadrat.

Kolejną składaną zagadką jest składanie prospektów i planów miast. Pomimo często widocznego kierunku składania w punktach składania, niezwykle trudno jest przywrócić papier do postaci, w jakiej pierwotnie przyszedł. Powodem, dla którego te mapy są trudne do przywrócenia do ich pierwotnego stanu, jest to, że zgięcia są zaprojektowane dla maszyny do składania papieru, w której optymalne zgięcia nie są takie, jakich próbowałby używać przeciętny człowiek.

Zamek

Te łamigłówki, zwane również sztucznymi zamkami , to zamki (często kłódki ), które mają nietypowy mechanizm blokujący. Celem jest otwarcie zamka. Jeśli dostaniesz klucz, nie otworzy on zamka w konwencjonalny sposób. W przypadku niektórych blokad przywrócenie pierwotnej sytuacji może być wtedy trudniejsze.

Statki do sztuczek

Przykład statku podstępnego

Są to naczynia „z niespodzianką”. Celem jest picie lub nalewanie z pojemnika bez rozlewania płynu. Pojemniki z puzzlami to starożytna forma gry. W Grecy i Phoenicians się pojemniki, które musiały być wypełniona poprzez otwory w dnie. W IX wieku w tureckiej księdze szczegółowo opisano szereg różnych pojemników . W XVIII wieku Chińczycy również produkowali tego rodzaju naczynia do picia.

Jednym z przykładów jest dzbanek-puzzle : szyjka pojemnika ma wiele otworów, które umożliwiają wlewanie płynu do pojemnika, ale nie z niego. Ukryty w oku łamigłówki, przez uchwyt i wzdłuż górnej krawędzi pojemnika, aż do dyszy, znajduje się mały rurkowy przewód. Jeśli następnie jednym palcem zablokuje się otwór na górnym końcu chwytu, można pić płyn z pojemnika przez zassanie dyszy.

Inne przykłady to filiżanka do fuddlingu i korona garnka .

Niemożliwe przedmioty

Obiekt „niemożliwy”

Przedmioty niemożliwe to przedmioty, które na pierwszy rzut oka wydają się niemożliwe. Najbardziej znanym obiektem niemożliwym jest statek w butelce . Celem jest odkrycie, jak powstają te przedmioty. Inną dobrze znaną łamigłówką jest sześcian złożony z dwóch kawałków połączonych w czterech miejscach pozornie nierozłącznymi ogniwami. Rozwiązania tych problemów można znaleźć w różnych miejscach. Istnieją wszelkiego rodzaju przedmioty, które pasują do tego opisu – „ niemożliwe butelki ”, które zawierają zbyt duże przedmioty, japońskie monety dziurkowane z drewnianymi strzałkami i pierścieniami, drewniane kule w drewnianej ramie ze zbyt małymi otworami i wiele innych.

Jabłko i strzała na zdjęciu są wykonane z jednego kawałka drewna. Otwór jest w efekcie zbyt mały, aby zmieściła się w nim strzała i nie ma śladów sklejenia.

Zręczność

Przechylając pudełko, należy starać się poprowadzić piłkę wzdłuż linii i do bramki, nie wrzucając jej do jednego z wielu strategicznie rozmieszczonych dołków.

Gry wymienione w tej kategorii nie są łamigłówkami jako takie, gdyż większe znaczenie mają tu zręczność i wytrzymałość. Często celem jest pochylenie pudełka wyposażonego w przezroczystą pokrywę w taki sposób, aby jedna lub więcej małych kulek wpadło do otworów.

Ruch sekwencyjny

Puzzle o nazwie Skewb

Łamigłówki z tej kategorii wymagają wielokrotnego manipulowania łamigłówką, aby łamigłówka znalazła się w określonym stanie docelowym. Dobrze znane tego typu łamigłówki to Kostka Rubika i Wieża Hanoi . Ta kategoria obejmuje również te łamigłówki, w których jeden lub więcej elementów musi być przesuniętych we właściwą pozycję, z których najbardziej znana jest układanka N. Inne przykłady to Godziny szczytu lub Sokoban .

W Rubika spowodował bezprecedensowy boom tej kategorii. Wyprodukowano wiele wariantów. Wykonano sześciany o wymiarach od 2×2×2 do 33×33×33, a także wiele innych kształtów geometrycznych, takich jak czworościan i dwunastościan . Przy różnej orientacji osi obrotu można tworzyć różne łamigłówki o tym samym podstawowym kształcie. Ponadto można uzyskać kolejne łamigłówki prostopadłościenne, usuwając jedną warstwę z sześcianu. Te prostopadłościenne łamigłówki przybierają nieregularne kształty, gdy się nimi manipuluje.

Zdjęcie przedstawia inny, mniej znany przykład tego rodzaju układanki. Jest na tyle łatwy, że nadal można go rozwiązać za pomocą odrobiny prób i błędów oraz kilku uwag, w przeciwieństwie do kostki Rubika, która jest zbyt trudna do rozwiązania metodą prób.

Symulowane mechaniczne

Podczas gdy wiele gier komputerowych i łamigłówek komputerowych symuluje łamigłówki mechaniczne, te symulowane łamigłówki mechaniczne zwykle nie są ściśle klasyfikowane jako łamigłówki mechaniczne.

Inne godne uwagi zagadki mechaniczne

Zobacz też

Bibliografia

  • Puzzle Stare i Nowe, Profesor Hoffmann, 1893
  • Puzzle stare i nowe, Jerry Slocum i Jack Botermans, 1986
  • Nowa księga łamigłówek, Jerry Slocum i Jack Botermans, 1992
  • Pomysłowe i diabelskie łamigłówki, Jerry Slocum i Jack Botermans, 1994
  • Księga Tangram, Jerry Slocum, 2003
  • Zagadka 15, Jerry Slocum i Dic Sonneveld, 2006

Ten artykuł w dużej mierze czerpie z odpowiedniego artykułu w niemieckiej Wikipedii .