用一个力学模型来分析”手机脖“产生的原因
载自 | 力学园地
作者 | 天沢
配图 | 来源互联网
1前言
电视的出现，改变了人类的思维方式，无线电话的诞生，改变了人类的生活。无线电技术发展至今，在生活中最常见的应用就是手机。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。
2分析
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（参见下图所示）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：
上臂（AB）长约30cm；
前臂肘部到手心的距离（BC）约30cm；
肩宽（2倍AD）约45cm；
眼睛到颈部与胸椎的旋转中心的距离（ED）为15cm；
眼睛与手机屏幕的距离（EC）约30cm；
眼睛最佳视角在40°锥角以内（∠CED大于70°）；
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。
不同前倾角下颈椎骨承受的压力值
上海市交通大学附属第一人民医院骨科主任医师宋滇文教授说，颈椎是连接头颅和躯体的枢纽，其解剖结构纤细，活动范围很大，因此颈椎的稳定性在整个脊柱中是最低的。颈椎椎间盘的压力增高，以及颈后部肌肉和韧带的松弛，失去弹性，致使颈椎正常的生理前凸消失，甚至造成“反屈”，进一步加速颈椎的退变。如果长时间保持这种姿势，就会出现酸痛、僵硬等症状，甚至损伤肌肉、韧带。可以想象每天低头看手机对颈部的危害。
3结论
这看似一个简单的动作，竟暗藏如此危害，各年龄段的人群都要时刻警惕。“手机脖”所带来的也不止是生理上的问题，低头看手机过马路酿成的惨剧、朋友聚会上一桌人无声的“交流”等等，这些都是我们应该反思的。这里，我们想给出一个小小的建议：把手机抬高一些，不做低头一族，形成良好的习惯，享受健康的生活。
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