自行车应该是最普通而又最富物理内涵的机械之一了：它集多种机械力学之大成，在某些细节上甚至难以言表。几乎所有的人在经历了初步的尝试，也许还要摔几个跟头之后都能学会骑自行车。
这么一个司空见惯的日用品，虽然既可供普通人作交通工具，也可以作为体育竞技项目，但很少有人想过它包含了哪些非凡的机械力学道理。所以看来有必要回顾一下一些重要的现象。
陀螺效应
对于自行车的稳定性起着至关重要作用的机械现象，第一个就是陀螺效应了。根据陀螺效应，围绕着自由对称轴旋转的物体，在没有受力的情况下，有保持自身的空间位置的趋势。图1（A）是一个陀螺的示意图。如果想要用力改变轴的方向，陀螺会表现出很明显的阻力，它的“质量”（准确的说是转动惯量）和转速越大，这种阻力就越大。在适当的条件下，这些力会使轴的运动轨迹形成圆锥形状（也就是进动）。比如当陀螺的轴相对于地面倾斜（图1B）旋转时就是这样。作用力有陀螺自身的重力和地板的支撑力，陀螺的重力作用于重心（一般在轴上），而地板的支撑力或者说约束力作用于支撑点。陀螺的进动如图所示。地球本身就是一个以南北极为自由轴的巨大陀螺，在太阳和月亮的吸引下进动。
自行车的每个轮都像一个陀螺，具有阻止任何可能引起轮轴方向改变的趋势，这样也保证了稳定性。
这就解释了为什么自行车在平整的路面上即使不扶车把往前推，也可以保持直立向前行进相当长的一段距离，只有当由于摩擦力的作用导致速度明显慢下来时才会倒下。同样，往前滚一个圆环或一枚硬币也可以很清楚地说明这一点。沉重的旋转轮可以作为船上的稳定装置。而对于自行车轮来说，由于重量很轻，事情要复杂一些。
平衡的艺术
一辆没有人骑的空自行车，车轮的重量与车架的重量相差不大，所以只需要不大的推力就可以使自行车本身保持稳定。
而有人骑车的时候，骑车人的重量使得车轮的陀螺效应（只有当车轮特别重，转速很高时，比如比赛用的摩托车，这时才可以认为陀螺效应比较明显）相形见绌。这就是为什么骑自行车并非可以不费吹灰之力，而是一门需要“学习”才能掌握的艺术。那么这个过程是怎么回事呢？
