關於自行車的發明說法較多。 ①我國是世界上發明自行車最早的國家。自行車的始祖是我國公元前五百多年的獨輪車。清康熙年間(1662~1722年),黃履莊曾發明過自行車。《清朝野史大觀》卷十壹載:“黃履莊所制雙輪小車壹輛,長三尺余,可坐壹人,不須推挽,能自行。行時,以手挽軸旁曲拐,則復行如初,隨住隨挽日足行八十裏。”這就是世界上最早的自行車。 ②自行車為西歐人所發明。公元1790年,法國人西夫拉克研制成木制自行車,無車把、腳蹬、鏈條。車的外形像壹匹木馬的腳下釘著兩個車輪,兩個輪子固定在壹條線上。由於這輛自行車沒有驅動裝置和轉向裝置,座墊低,西夫拉克自己騎在車上,兩腳著地,向後用力蹬,使車子沿直線前進。1817年,德國的馮·德萊斯男爵發明了壹種能自由活動的車把,使他的自行車轉變比較方便。1818年,德萊斯在英國了專利。1839年,英國壹位工人K·麥克米倫首創了用曲軸機構驅動後輪的腳踏自行車,可使人在騎自行車時雙足離開地面。1861年的壹天,巴黎的馬車和嬰兒車制造商米肖父子修理德萊斯式自行車,修好後在坡道上試車時,感到這種車放腳很困難,於是對它進行了改進,在車的前輪上安上腳蹬曲軸,從而發明了米肖型自行車,不久這種自行車便開始大量生產。大概在1870年前後,法國的馬執又制造了壹種前面驅動輪大,後面從動輪小的自行車,這種車的運行效果較好。1890年後,英國的亨伯公司生產出壹種用鏈條傳動的、車為菱形的自行車,這種形式的自行車壹直沿用至今。 ③自行車為俄國人發明。1801年9月的壹天,俄國農奴阿爾塔莫諾夫騎著自己制造的木制自行車,行駛2500公裏,趕到莫斯科向沙皇亞歷山大壹世獻禮。阿爾塔莫諾夫制造的自行車與法國人西夫拉克制造的車較相似。亞歷山大壹世見到阿爾塔莫諾夫制造的自行車,當即下令取消了他的奴隸身份。 人和機器都那麽出眾!”壹個土耳其的高級官員看見史蒂文斯從他的自行車“平凡者”上下來的時候稱贊說。人類使用車輪(或獨輪,或雙輪,或三輪,或四輪)的歷史大約有五千年之久了,但是在1690年以前,沒有任何人把兩個輪子連接起來乘坐。壹個叫德·西弗拉克的法國人,兩腳分開,跨坐在他稱之為“塞萊裏弗勒”的兩輪坐車上,壹邊放壹條腿,使之滾動向前。車輪的滾動頗受限制,因為他還沒有創造出壹種駕駛這種機械的方法。可駕駛的德雷斯車是卡爾·馮·德雷斯於1817年研制成功的。為壹種可騎機械的自行車,是麥克米倫於1839年發明的,後輪通過連接到踏板上的曲柄驅動。有了自行車,人類就能夠靠自己的力量旅行了,而且比步行快得多。然而並不是許多人都對這種想法感興趣。1861年,壹個叫布魯內爾的法國制帽匠,把他的德雷斯車帶到馬車匠人米肖那兒去修理。米肖的兒子歐內斯特可能完全不知道麥克米倫的發明,因此提出:如果在前輪上裝上壹個曲柄——象磨子的柄那樣的曲柄——而能夠踏著轉動的話,壹定能夠改進這種機械。他就這樣偶然地開創了自行車工業。些叫“維洛西皮德”的早期腳踏車,踏板轉壹圈,輪子就轉壹周,在發明稱為“彭尼法森”的自行車之前,前輪做得越來越大。人們把這種車恰當地稱為“高自行車”。它跑得快,就是不穩當:如果想剎車,特別是下坡時剎車,騎車的人就可能被甩到把手前面,騎壹天的車就得摔幾次。然而人們並沒有被嚇住。運動俱樂部成立了。1884年,勇敢的托馬斯·史蒂文斯騎著,推著,有時甚至是扛著叫“平凡者”的高自行車穿越了美國。前輪變小,從而使自行車更安全的嘗試斷斷續續地進行著,然而這些嘗試都因當時的工藝水平的限制而失敗了;可靠的自行車鏈條是壹種重要的發明,沒有它是不行的。1885年,斯塔利發明了鏈條傳動的自行車,名為“安全漫遊者”,從而結束了高自行車的時代。自行車很快采用了鏈條傳動,然而卻沒有采用他的結構設計。人們曾試用各種各樣的方法來連接兩個輪子,企圖把剛性、可控性、機械效率和舒適性結合起來。行車很快就變得相當可靠,而且效率很高。鄧洛普又於1888年重新發明了充氣輪胎,使自行車得到進壹步的發展。目前的自行車似乎不可能有什麽根本性的變革。近年來許多人都想研制出壹種更好的自行車,可是他們的努力都毫無結果。 現在,自行車像潮水壹樣,遍及世界各地,進入家家戶戶。但很少有人知道,發明自行車的是德國的壹個看林人,名叫德萊斯(1785—1851)。 德萊斯原是壹個看林人,每天都要從壹片林子走到另壹片林子,多年走路的辛苦,激起了他想發明壹種交通工具的欲望。他想:如果人能坐在輪子上,那不就走得更快了嗎!就這樣,德萊斯開始設計和制造自行車。他用兩個木輪、壹個鞍座、壹個安在前輪上起控制作用的車把,制成了壹輛輪車。人坐在車上,用雙腳蹬地驅動木輪運動。就這樣,世界上第壹輛自行車問世了。 1817年,德萊斯第壹次騎自行車旅遊,壹路上受盡人閃的譏笑,……他決心用事實來回答這種譏笑。壹次比賽,他騎車4小時通過的距離,馬拉車卻用了15個小時。盡管如此,仍然沒有壹家廠商願意生產、出售這種自行車。 1839年,蘇各蘭人馬克米廉發明了腳蹬,裝在自行車前輪上,使自行車技術大大提高了壹步。此後幾十年中,湧現出了各種各樣的自行車,如風帆自行車、水上踏車、冰上自行車、五輪自行車,自行車逐漸成為大眾化的交通工具。以後隨著充氣輪胎、鏈條等的出現,自行車的結構越來越完善。 德萊斯還發明了絞肉機、打字機等,都能減輕勞動強度。現在鐵路工人在鐵軌上利用人力推進的小車,也是德萊斯發明的,所以稱它為“德萊斯”。 行車只有2個輪子,卻為什麽可以保持平衡呢?甚至,高手在騎車的時候,可以雙手離開車把,任由車子向前走而不擔心摔倒(但要擔心前面呼嘯而來的汽車)。物理學家拿出壹個陀螺,放在地上轉壹下,並開始用鞭子使勁抽打它,隨著陀螺越轉越快,陀螺也像不倒翁壹樣,雖然只有壹個尖著地,卻左右搖擺而不肯倒下。這就是陀螺效應:旋轉的物體有保持其旋轉方向(旋轉軸的方向)的慣性。 陀螺只有壹個旋轉方向,已經很穩定了。而自行車有2個輪子,顯然自行車輪子在高速旋轉的時候,會使自行車更穩定。因此,騎車人撒開車把也不會倒下。 但遺憾的是,這並非壹個合理的解釋。 陀螺效應在保持自行車穩定中也許起到不可忽略的效果,但是,如果自行車單單憑借陀螺效應保持穩定,那麽,初學者也應該在高速騎車時不會倒下。但是,2個陀螺似乎並不足以支撐騎車人重達幾十公斤的身體的傾斜。剛學習騎車往往會摔得很慘。從另壹個方面看,騎獨輪車的雜技演員由於車速很低,甚至車輪完全停止轉動,則基本無法依靠陀螺效應保持平衡。 自行車的平衡首先來自於騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人,其身體形成自動的條件反射,當自行車稍微傾斜倒下時,人的身體會感受到,腰部肌肉會自動動作,把身體拉向另壹側,形成的反向力矩促使車身擡起。我們學習騎自行車,也就是訓練身體的肌肉完成這種條件反射,而壹旦學會,這個控制回路就保持在小腦中,隨時可以啟用,許多年也不會忘記。 但是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定,這又是為什麽呢? 自行車本身的平衡機制,來自於前叉後傾。我們可以觀察到,幾乎每輛自行車的車把軸,都不是與地面完全垂直,而是後傾的。由於前輪是固定在車把的前叉上,因此又叫前叉後傾。前叉後傾,使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向,與車輪偏轉方向相反,迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣,車子就有了自動回正的穩定性。車速越快,所造成的恢復力矩越大,騎車人就越感到穩定。這就是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。 壹般而言,車子前叉越後傾,車子越穩定,但轉動車把越費勁;而後傾角度小,轉把較容易,但車子的穩定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉後傾,那麽,騎自行車會是壹件很痛苦的事情。 自行車其實是相當復雜的力學體系,而汽車的前輪定位更加復雜。有主銷內傾、主銷後傾、前輪外傾和前輪前束,這保證開車的時候車子盡可能穩定,但又減少輪胎的磨損。
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