用初中物理来分析：为什么这个姿势女生比男生做着舒服

Part 0. 前言：生理结构#

其实我觉得这个问题正常人想到的第一个点就是生理结构，既然能出现在这个问题下，那大概是与生理结构有关的。你问 DeepSeek 也会得到这样的答案：

但说实话我不是很满意这个答案。主问题问的是女生有没有啥 生理 优势，然后问这个优势怎么来的，回答是 生理差异 ，这不废话吗。我们都知道结论是生理差异，但也许物理学能告诉我们 ”为什么“ 这个生理差异会导致结果截然不同。

我相信能思考到这一步的同志们肯定有一个马上就想要 猛猛做受力分析 的冲动（？）

对的，我也有，那就一起来做受力分析吧。

Part 1. 杠杆原理，受力分析#

先来试着分析比较简单的这个部分：

首先整个人受到一个竖直向下的重力 $G$，手肘部分受到来自床的支持力 $F_1$。那么如图所示，重力 $G$ 所对的力臂就是 $l_2$，$F_1$ 所对力臂就是 $l_1$。

此时重力 $G$ 为 阻力 ，$F_1$ 为 动力，显然：$l_1 > l_2$ ，即动力臂大于阻力臂，是 省力杠杆

根据杠杆的平衡条件：

显然，当其他条件不变时，阻力臂 $l_2$ 增大，动力 $F_1$ 与 $l_1$ 必须有至少一个增大才能保持杠杆平衡。

但是光到这你就会发现一个问题了：虽然在趴着时，男性的重心一般比女性的重心更靠前（头部方向），但这里再怎么样都是省力杠杆啊，再说了男性本来就比女性力气大，这有什么做不起来的呢？

再者小腿上总得有个力吧，悬在那不受力何意味？

Part 2. 等长收缩#

刚刚我们假设，人是一个 绝对刚体 ，也就是说，我们刚刚建立的其实是一个 理想模型 ，因为显然人不是绝对刚体。但是我们发现好像这样看也看不出什么，光琢磨好像也琢磨不出小腿上那个力到底在哪。原因其实也很简单：因为你在思考小腿的受力情况时，实际在思考怎么让整个人保持平衡状态。

显然，分成两个部分分别进行受力分析会更方便。上半部分我们已经做过了受力分析，那么我们关注下半部分，也就是膝盖以下。

如果你对你初中物理试卷还有印象的话，你可能做过一个非常经典的 “偏难怪题”：

Question

如图甲所示，用手握住哑铃锻炼时，前臂相当于一个杠杆，其简化作用原理如图乙所示，肱二头肌收缩对手臂产生一个拉力F，使手臂绕肘关节“O”点转动。在图乙中作出哑铃所受重力的示意图和拉力F的力臂L。

就不说别的，你举着哑铃，你就算不动，你不觉得累吗？可是不动的话，就处于平衡状态，平衡状态合外力为 0，合外力为 0 等效于不受力的作用。

还有一个很老但很经典的问题：既然力与运动方向垂直不做功，提着重物走平路，人没有做功，为什么会感觉累？

他们其实都能指向一个很有意思的问题：为什么我明明没动或者看起来没做功，但我会累呢？

他们也恰好都指向一个答案：等长收缩

简单来说，肌肉的等长收缩就是此时不做功，但为了不做功，就必须消耗很大的能量。这就是为什么明明宏观上没做功还觉得累。

Part 3. 难怪有故人之姿，原来是故人之子#

不过已经到了第三段了，我们还是没能分析出小腿部分到底是怎么受力的。其实思考一下，有一种思维方法就是 类比法 ，初中教材内也常用。那跟什么做类比呢，跟刚刚的 图甲 。

诶你看，我们最开始是怎么抽象的？是不是把人和小腿抽象成了一个锐角硬杆？那你看，屈肘运动抽象后像不像一个锐角硬杆呢？那就简单了！我们就照猫画虎，一下子就能得出小腿的受力分析图了：

然后台下观众欣喜若狂呐！也算是把受力分析画出来了。但其实还没完，不信自己做一下屈肘运动试试，应该是你的肱二头肌收缩感到酸痛。那这个显然也是大腿收缩，应该是大腿感到酸痛，怎么那么多人说小腿受不了呢？

Part 4. 三回啊三回#

诶其实你想一想，在 Part 2 中，我给的示意图里，框的叫 “下半部分”，而不是 “小腿部分”。因为膝盖以下除了小腿还有别的嘛，也就是 脚 。上面的两个模型确实都忽略了脚的受力。也就是说，事实上，这个模型应当分成 三个 系统来讨论。

你一看，哇！竟然又是 费力杠杆 ， 人怎么这么费力啊，这么费力减肥还那么难

那此时就是你小腿前侧感到酸痛了。

Part 5. 试一试！#

诶其实没有结束，虽然 Part 4 我们解释了为什么小腿会酸痛，但我们没有解释为什么大腿不会酸痛。其实是一个更有意思的原因：因为 床 是软的。床的弹性形变给了大腿一个向上的支持力，把重力抵消掉了。

所以，总的来说，真正让你小腿前侧持续紧绷发力的，是 脚自身的重力，它通过脚踝这个费力杠杆，放大了对小腿肌肉的拉扯。

读到这，读者不妨来做个实验，就像这个姿势，自己趴软床上和硬地板上看看有什么区别。如果你不想趴着的话，就像我们用类比法来做受力分析一样，你也可以用屈肘运动来模拟这个实验：找一个软垫子，放在桌子上，把你的手掌朝上，整个胳臂放在垫子上。

1. 做屈肘运动（仍保持手掌朝上），此时你的手臂和手掌大概呈现一个 Z 字形，然后保持住一段时间。
2. 然后试试把垫子拿掉试试。
3. 再然后试试在硬桌子上，只屈肘，让手自然下垂。

不出意外的话，你会发现：

1. 小臂酸痛
2. 整个手臂都酸痛
3. 大臂酸痛

其中 1、2 分别是模拟如图所示情况和趴在硬地板上的情况。3 不太好用趴着模拟，主要是为了控制变量，证明确实是脚部带来的酸痛。

Part 6. 定性完了，若是定量呢？#

我们要算出的是 小腿前侧肌肉需要付出的拉力，设为 $F_{拉}$。

• $M$ = 人的体重（单位：kg）
• $L$ = 脚的长度（单位：m）
• $g$ = 重力加速度（取 10 N/kg）
• $L_{臂}$ = 动力臂长度（肌肉附着力点到脚踝的垂直距离）
• $m_{脚}$ = 一只脚的质量（约等于体重的 $1.5\%$）
• $L_{阻}$ = 阻力臂长度（脚的重心到脚踝的水平距离）

脚掌受到向下的重力：

因为 $m_{脚}$ 不是我们日常容易测量的数据，我们用体重来换算（比例系数设为 $k_1$）：

推导出阻力为：

脚踝是支点，但脚掌的重心不在脚后跟，而是靠前。设比例为 $k_2$：

根据初中物理的杠杆平衡公式 （动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂）：

把第二步和第三步算出来的 $F_{重}$ 和 $L_{阻}$ 代入：

把 $F_{拉}$ 移到等号左边：

因为 $k_1$、$k_2$、$g$ 和 $L_{臂}$ 在特定情况下都是固定常数（我们可以把它们合并成一个常数 $K$）。

设 $K = \frac{k_1 \times k_2 \times g}{L_{臂}}$

（即：小腿肌肉所需拉力 = 常数 $K$ × 你的体重 × 你的脚长）

此外，各个常数的数据如下：

现在，我们带入《中国成年人人体尺寸》（GB/T 10000-2023）中的数据：

也就是说，男性做这个姿势时，要比女性多承受大约 $14 N$ 的重量，也就是大约 $62\%$ ，共计 $1.4 kg$，差不多比一大瓶（$1.25L$）可乐还要重一些。

此外，通过上述的计算出的比例系数可知，尽管是同等体重、足长的男女两人，女性也比男性做起来轻松。

综上，这就是通过物理分别从定性、定量角度来解释这个生理差异到底差在了哪。