力学仿真对低头玩手机的忠告

随着互联网技术的发展,信息爆炸时代来临,新闻、娱乐、广告等信息爆炸式地增长,人们花大量的时间去接受、发送信息。特别是移动设备的高速发展,手机成了人们获取信息的第一工具,手机已经是人生活中必不可少的装备,人们渐渐地养成低头看手机的习惯,而不良的低头习惯,影响了颈部健康,“手机脖”就这样产生了。

留心观察,你会发现,地铁、饭桌、商场甚至大街上,处处都能看到低头看手机的人们。通过小小的手机可在互联网中获得海量信息,但在现代科技给人们带来便利的同时,也会带来一些不好的附属品。“手机脖”就是其中之一。

那么低头看手机到底会对颈部带来怎样的改变呢?“手机脖”的危害是什么呢?我们可以用一个简单的力学模型(参见图3所示)来分析低头看手机时颈部的受力情况。依据查阅资料和调查分析,对于身高175cm的青年男性,可以得到以下数据:

数据说明

1-上臂(AB)长约30cm

2-前臂肘部到手心的距离(BC)约30cm

3-肩宽(2倍AD)约45cm

4-眼睛到颈部与胸椎的旋转中心的距离(ED)为15cm

5-眼睛与手机屏幕的距离(EC)约30cm

6-眼睛最佳视角在40°锥角以内(∠CED大于70°)

7-人在看手机时习惯将双上臂自然垂下与躯干平行(AB与躯干平行,BF距离等于肩宽2*AD),双手持手机在C处


那么可以根据模型估算,颈部与上躯干的倾角约为61°。当然由于这里简化眼睛到颈部与胸椎的旋转中心为一个刚性杆,实际上颈部还可以弯曲,故上述估计所得角度会偏大,一般在30°到60°之间。

我们再来简单分析颈部的受力情况:一个成年男性人的头部质量约5kg。当颈部前倾看手机时,如果前倾角为60°。

那么根据力矩大小的计算公式:M(力矩)=F(力)×L(力臂)(本例中F=5kg×9.8N/kg;L=ED×Sin60°。这里的N为“牛顿”简称“牛”,是描述力大小的单位)。

为了力矩平衡,颈部比起直立的状态下需要提供额外约6.3牛米大小的力矩,这相当于用手臂水平托起3瓶500ml矿泉水肩部肌肉所施加的力矩大小。别看这力矩不大,根据人体骨骼与肌肉的医学结构,在这种状态下为了支承头部,颈部肌肉却要承受27kgf(这里,单位kgf为“千克力”)以上的拉力,简单来说,这样大小的拉力足以提起质量为27kg的重物,颈椎椎间盘也会受同样大小的压力作用,就算以30°的前倾角来计算,这个值也在15kgf以上。

低头看手机或电脑时,颈部后侧肌肉为了维持低头位的姿势,处于紧张状态。通过受力分析可知,颈部前倾角度越大,颈部需要提供的额外力矩就越大,肌肉与骨骼受到负载越大。

如果低头时间不超过20分钟,靠颈部肌肉力量就可谓坚持住;如果时间较长,肌肉疲劳无力维持,韧带就会开始承担更多的负载来维持姿势,时间再长,颈部就会出现酸痛;如果时间再长,人体就会募集肩部、背部其他肌肉收缩来协助,再继续维持的话,肩背部甚至腰背部都会出现牵掣、板滞、酸痛的感觉。

首次发布时间:2021-11-16
最近编辑:3年前
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