自行车的发明简史
自1791年法国人Sicrac 骑着装两个木轮的“木马”在路易十六王宫的大草坪上奔跑时算起，自行车的出现已有两百多年历史了。不过Sicrac 的带轮木马还算不上是真正的自行车，因为他的木马没有车把，没有脚蹬，车子的驱动全靠他自己双脚的奔跑。20多年后，1817年德国的Drais 男爵为带轮木马装上活动车把，使木马的转向更为灵活，双脚能暂时离地滑行。这个被称为 “步行机器” (Laufmaschine) 的新发明在巴黎展出以后，很快成为风行19世纪欧洲的消遣玩意（图1）。
图1 Drais 步行机器
1839年苏格兰人McMillan 在后轮装上脚蹬，实现了脚踏驱动前进，成为名副其实的自行车。1860年法国人Lallement 将脚蹬装在前轮，前轮设计得比后轮大，目的是想使每脚踏一圈前进的距离更长些。1870年英国人Starley 为提高前进速度，将前轮的直径增大到双脚刚好够得着脚蹬的程度。这种高轮车曾在欧美各国流行一时，被戏称为“1又1/4便士” (Penny-farthing)，因为高大的前轮带一个矮小的后轮恰似一个大硬币配一个小硬币（图2）。不过高轮车的设计思想也受到力学规律的惩罚。首先是骑这种车的难度很大，不经过杂技演员式的训练绝不敢骑。而且很不稳定，前轮一旦遇到障碍或需要紧急刹车时，高高在上的骑车人就会在惯性作用下朝前方摔下来。从安全因素考虑，要将前轮减小后轮增大，于是两个轮的大小逐渐变得完全相同。
图2 高轮车
1885年高轮车发明人Starley 的侄子和Lawsen 发明了用链条传动驱动后轮。1888年爱尔兰人Dunlop 发明了充气橡皮轮胎。至此自行车完全定型，一百多年来直到现在，自行车的基本结构没有明显变化（图3）。
图3 1890 年的自行车
自行车的力学原理
作为最普及的交通工具，自行车几乎人人会骑。但要回答为何静止时一推就倒的自行车却能稳定行驶的问题并不容易。自1899年剑桥学生Whipple 发表自行车力学论文开始，关于自行车力学原理的研究和讨论从未间断，发表的文献已近百篇，至今讨论仍在继续。
关于自行车的稳定性，最流行也被普遍认可的解释是离心力效应和陀螺效应。1911年Appell 的经典力学教材《Traité de mécanique rationnelle》里就已将自行车为对象，做了严格的力学分析（图4）。1948年Timoshenko 和Young 编著的高等动力学教材里，对自行车的离心力效应有详细的分析和数学推导[2]。关于自行车陀螺效应的解释见于1911年Klein 和Sommerfeld[3]，以及1950年Grammel[4]为代表的陀螺力学著作。
