第一章 指南車的傳說
相傳在四千多年以前，在我國南方有一個九黎部族，他們的首領叫蚩尤。有一年，蚩尤帶領九黎族侵入了中部地區，和炎帝族發生了爭鬥，把炎帝族趕到了涿鹿地方，炎帝向黃帝（軒轅氏）求救，於是黃帝統領自己的部族與蚩尤統領的九黎族在涿鹿進行了一場大戰，曆史稱之為"涿鹿之戰"。傳說蚩尤能施放大霧（這顯然是神話，可能是涿鹿地方天氣多霧），使黃帝族迷失方向，黃帝則研製了"指南車"，用於指示方向，終於打敗了蚩尤的九黎族。
還有一個傳說：在三千多年以前，南方有一個越裳氏部族，派使者帶了禮物來朝賀周天子。周天子擔心越裳族使者在回去的路上迷失方向，於是讓周公（姬旦）製造了一輛"指南車"送給了這位使者。
在上述的兩則傳說中，僅隻提到了黃帝和周公發明製造過"指南車"，既沒有圖樣示意，也沒有文字說明，因而無從了解它的原理和構造。後世的學者們對此有兩種看法：一種認為指南車是一種通過機械傳動而能指示方向的車，而與磁石、磁鐵、指南等無關；另一種認為在三、四千年前的人們還不具備製造複雜的機械傳動裝置的技術，有可能是利用"司南"之類的磁性指向儀器，但若是這樣，為什麼一定要與"車"相關呢，拿在手中不是更方便嗎！而且一些學者考證認為指南針的發明與黃帝和周公是毫無關係的。
根據古書中比較確切的記載，我國春秋時代（公元前770年至公元前476年）已經製造出了與磁石無關的、純粹利用機械傳動原理指示方向的"指南車"，但由於製造的數量很少，經過長期戰亂而沒有保存下來，而且也沒有留下有關結構方麵的資料，所以就失傳了。
此後，曆代有不少學者和技師都研製成功了指南車，其中著名的人物有：東漢時的張衡、三國時的馬鈞、東晉時後趙的魏猛和解飛、後秦的令狐生、南北朝時的祖衝之、唐朝的金公立、北宋時的燕肅和吳德仁。其中以燕肅對後世的貢獻最大，因為他不僅把製成的指南車獻給了皇帝，而且還附上了介紹其內部結構原理的文字說明材料，使得這種車得以流傳後世。下麵就對燕肅及其成就作些簡要的介紹：
燕肅，字穆之，北宋時青州益都人（現今之山東省益都縣），幼年時家境貧寒，但他聰慧好學，成年後考取了進士，不僅成為著名的官吏，而且在機械製造方麵具有很高的才能，可算是當時頗有成就的機械設計師。他知道古代有關指南車的傳說，也知道前朝的張衡、馬鈞、祖衝之等人都製造過指南車，可惜是既沒有留下這種車輛，也沒有流傳下有關的構造說明，於是他就單憑本人的設計能力重新研製，到宋仁宗（趙禎）天聖五年（公元1027年），他製成了指南車，不但將車獻給了皇帝，而且還在奏書（一種呈文）上詳細說明了他所設計的指南車的構造原理："......用獨轅車，車箱外籠上有重構，立木仙人於上，引臂南指。用大小輪九，合齒一百二十。足輪二，高六尺，圍一丈八尺。附足立子輪二，徑二尺四寸，圍七尺二寸，出齒各二十四，齒間相去三寸。轅端橫木下立小輪二，其徑三寸，鐵軸貫之。左小平輪一，其徑一尺二寸，出齒十二；右小平輪一，其徑一尺二寸，出齒十二。中心大平輪一，其徑四尺八寸，圍一丈四尺四寸，出齒四十八，齒間相去三寸，中立貫心軸一，高八尺，徑三寸，上刻木為仙人。其車行，木人指南。若折而東，推轅右旋，附右足子輪順轉十二齒，係右小平輪一匝，觸中心大平輪左旋四之一，轉十二齒，車東行，木人交而南指。若折而西，推轅左旋，附左足子輪順轉十二齒，係左小平輪一匝，觸中心大平輪右轉四之一，轉十二齒，車正西行，木人交而南指。若欲北行，或東或西轉亦如之。......"這說明，燕肅是利用齒輪的差動原理，來維持車上的木人永遠指南的。雖然燕肅獻給宋仁宗的那輛指南車早已不知去向了，但是他所寫的奏書卻作為曆史資料被保存下來了。我國現代的科學普及工作者，就是根據上述的文字記載製成了指南車的模型，現存放在北京天安門廣場東側的中國曆史博物館中，有興趣的讀者請到那裏去參觀。
燕肅除了研製出指南車外，還發明了"記裏鼓車"，這是記錄車行裏數的儀器，當時在世界上是領先的。記裏鼓車也是利用齒輪傳動的原理，車每行一裏，車上的木人就自動擊鼓。
為什麼"指南車"和"記裏鼓車"沒有廣為流傳使用呢？這是因為它們的構造複雜、製作困難，而且體積龐大、不便應用。隨著司南、指南車、指南針、羅盤等磁性指向儀器的發展，以其小巧、價廉、易於製造等優點，早已淘汰了指南車。現代汽車上使用的裏程計也優於記裏鼓車，因而記裏鼓車已失去了實用價值，也成為中華民族古代的科研成果的紀念品。
從指南車的傳說、發明和製造的曆史過程中，可以看出我國古代學者在機械設計方麵具有高度的創造能力，我們應當繼承和發揚這種傳統，為中華之崛起而貢獻力量。