МЕХАНИЧЕСКАЯ ГОЛОВОЛОМКА

Предлагаемая головоломка относится к индустрии развлечений и обучения, к частности, к области настольных механических устройств для развития логического мышления пользователей и привлечения их к техническому творчеству.
В настоящее время, в век компьютера и Интернета, механические головоломки по-прежнему являются одним из востребованных, необходимых инструментов развития интеллекта, особенно детей дошкольного и школьного возраста.
Одним из направлений развивающих механических головоломок являются головоломки так называемого «упаковочного» типа, когда, например, при установке фишек в коробку определенной геометрической формы учитывается эффект рассчитанных заранее зазоров между фишками, позволяющих разместить в коробке дополнительную фишку, хотя зрительно эта «упаковка» невозможна.
Известна механическая головоломка (1) такого типа, которая содержит коробку в виде параллелепипеда с надвижной крышкой, набор фишек, установленных внутри коробки и дополнительную фишку, которую за счет пере упаковки основных фишек и расчетных зазоров размещают внутри коробки.
Недостатком данной головоломки, несмотря на ее потрясающий эффект исходной позиции, похожий на то, что в полностью заполненную водой литровую банку требуют залить еще один стакан воды и говорят, что это возможно, является сравнительно большое количество деталей и, соответственно, стоимость головоломки.
Кроме того, большое количество фишек значительно увеличивает число «рутинных» ходов при «упаковке», что снижает эффект от решения головоломки.
Известна механическая головоломка (2) «упаковочного» типа, в которой частично уменьшены недостатки предыдущего аналога, за счет использования более простой по конструкции плоскостной конструкции, где и рабочее поле головоломки и фишки находятся в поле зрения игрока и вариантов перестановок фишек существенно меньше.
Недостатком данной головоломки являются менее эффектная начальная позиция (четыре фишки в квадратном поле и много свободной площади для установки дополнительной пятой фишки вне поля), в которой отсутствуют зрительно наблюдаемые конструктивные элементы невозможности решения.
Данная конструкция головоломки взята автором в качестве прототипа предложенной, как наиболее близкая по технической сути и достигаемому техническому эффекту при решении.
Задачей, которую решал автор при разработке предлагаемой полезной модели, являлось повышение сложности решения головоломки без существенного усложнения ее конструкции.
Данная задача решена в механической головоломке, содержащей коробку с плоским прямоугольным основанием, дополнительную фишку, набор основных фишек, включающий три четырехугольные фишки с двумя противоположно расположенными прямыми углами и две треугольные фишки, образующие при стыковке четвертый четырехугольник с аналогично расположенными двумя прямыми углами,
причем одним прямым углом фишки размещены во внутренних углах коробки, а стороны вторых прямых углов фишек установлены с зазором t и образуют ортогональное перекрестие, оси которого наклонны под углом α к сторонам основания короба;
кроме того, на всех угловых частях фишек обращенных к центру перекрестия, кроме одной треугольной, выполнены вырезы, в совокупности образующие отверстие по форме дополнительной фишки, например, круглое, а аналогичный по форме вырез на вышеуказанной треугольной фишке выполнен на одной из ее внешних угловых частей,
при этом площадь зазоров между внутренними сторонами прямых углов фишек, должна быть равна площади прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки, т.е.
(A+B)·t=a·в, где:
А - ширина основания короба;
В - длина основания короба;
а - ширина прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки;
в - длина прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки.
В частном случае выполнения головоломки угол наклона перекрестия, образованного сторонами фишек, составляющих внутренние прямые углы, составляет 50-80° по отношению к сторонам основания короба.
Новыми существенными признаками предложенной конструкции являются:
- выполнение набора основных фишек головоломки из трех четырехугольных фишек с двумя противоположно расположенными прямыми углами и двух треугольных фишек, образующих при стыковке четвертый четырех угольник с аналогично расположенными двумя прямыми углами;
- размещение фишек в исходном положении одним прямым углом в углах коробки, а стороны вторых прямых углов фишек установлены с зазором t и образуют ортогональное перекрестие, оси которого наклонны под углом α к сторонам основания короба;
- выполнение на всех угловых частях фишек, обращенных к центру перекрестия, кроме одной треугольной, вырезов, в совокупности образующих отверстие по форме дополнительной фишки, например, круглое;
- выполнение выреза аналогичной формы на вышеуказанной треугольной фишке на одной из ее внешних угловых частей;
- обеспечение площади зазоров между сторонами фишек, образующих внутренние прямые углы, равной площади прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки, т.е.
(A+B)·t=а·в, где:
А - ширина основания короба;
В - длина основания короба;
а - ширина прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки;
в - длина прямоугольника, описанного вокруг дополнительной фишки.
Новым существенным признаком механической головоломки в частном случае ее выполнения является то, что угол α наклона перекрестия, образованного сторонами фишек, составляющих внутренние прямые углы, составляет 50-80° по отношению к сторонам основания короба.
По мнению автора, вышеуказанные новые признаки предложенной механической головоломки «упаковочного» типа являются существенными, т.к. практически конструктивно не усложнив головоломку, изменив несколько форму и количество фишек и введя в начальные условия задачи круглое отверстие, образованное вырезами на углах фишек, частично перекрытое одной из треугольных фишек, совпадающего по форме с формой дополнительной фишки, удалось значительно повысить сложность решения головоломки за счет вышеуказанного отвлекающего «раздражающего» фактора, направляющего решение по ложному пути.
Предлагаемая механическая головоломка «упаковочного» типа представлена на фиг.1 и фиг.2, где:
- на фиг.1 представлена головоломка с фишками в коробке в исходном положении для решения и дополнительной фишкой 19 вне коробки;
- на фиг.2 головоломка представлена с фишками в коробке в «упаковонном» виде, т.е. с фишкой 19 в коробке.
Предлагаемая механическая головоломка (см. фиг.1) содержит коробку 1 с прямоугольным основанием, и набор установленных в нем трех четырехугольных фишек 2, 3, 4 и двух треугольных фишек 5 и 6.
Фишки 2, 3, 4 имеют по два прямых, противоположно расположенных угла соответственно 7, 8, 9, 10, 11, 12 и в исходном положении (фиг.1) углами 7, 9 и 12 размещены в углах коробки 1.
Треугольные фишки 5, 6 в состыкованном виде также образуют четырехугольник с двумя прямыми, противоположно расположенными углами 13 и 14 и в исходном положении углом 13 фишки 5, 6 установлены в четвертом углу коробки 1.
На угловых частях фишек 2, 3, 4, 5, обращенных к центру, выполнены вырезы 15, 16, 17 и 18 в совокупности образующие круглое отверстие по форме дополнительной фишки 19 (находящейся в исходном положении вне коробки), а на треугольной фишке 6 аналогичный по форме вырез 16 выполнен на одной из ее внешних угловых частей.
При этом стороны вторых прямых углов всех фишек установлены с зазором и образуют ортогональное перекрестие 20, оси которого наклонны под углом α к сторонам основания коробки 1.
Решение разработанной механической головоломки происходит по следующему алгоритму.
Человек, решающий головоломку, видит, что дополнительная фишка 19, круглая, как и отверстие в центре перекрестия 20, но ее установке в вышеуказанном отверстии мешает угол фишки 6.
Поэтому для решения головоломки игроком выбираются такие перемещения фишек в коробке, чтобы выстроить круглое отверстие, в котором после этого установить дополнительную фишку. А это - ложный путь!
На фиг.2 показано положение фишек в коробке в «упакованном» виде.
Как видно из рисунка на фиг.2, дополнительная фишка 19 размещена не в круглом отверстии, которое сформировано в исходном положении фишек, а в прямоугольнике (при квадратной коробке - квадрате), образованном боковыми сторонами фишек, что обеспечено необходимой исходной площадью зазоров между фишками.
Из рисунка видно, что площадь круглого, исходного отверстия вообще не востребована для размещения дополнительной фишки и является отвлекающей.
Что касается угла α наклона перекрестия, то в представленном конструктивном исполнении головоломка решается в широком диапазоне значений этого угла, но реально выбирается с учетом требований технологических факторов, и эргономики, поэтому реальный диапазон величин этого угла - 50-80°.
Все детали головоломки могут изготавливаться из дерева или пластмассы с использованием общеизвестных технологических процессов.
Автором изготовлен и испытан опытный образец головоломки с квадратным основанием коробки (ширина А и длина В основания коробки равны: А=В=10 см) и круглой дополнительной фишкой.
Угол наклона перекрестия взят 75°.
Исходя из выбранного зазора t=0,2 см. между боковыми внутренними сторонами фишек, диаметр круглой фишки для квадратного основания будет равен стороне описанного вокруг фишки квадрата и определится по расчетной формуле:
2
(А+А)=а·а, подставляя величины параметров получим 0,2(10+10)=а.
т.е. а=2 см. Диаметр дополнительной фишки будет 2 см.
Литература.
1. Механическая объемная головоломка «упаковочного» типа. Книга Harry N abramc incorporation New-York 1978 г. "Creative Purrles of the world" авторов Plieter von Dolft and order.
2. Механическая плоская головоломка Красноухова В.И. «упак0овочного» типа. www.intergame.ru/doc/252htm