王一凡152
這是一個很有意思的話題。我們知道結構的承受能力與其尺寸基本上是成正比的，但是瘦小的螞蟻卻可以舉起遠大於自身重量的物體，這其中有什麼力學原理呢？
1、螞蟻的有關數據
螞蟻是一種非常小的生物，它因為只能爬行而被科普人士認為是二維生物，這當然是一種科普說法。我們來看一下螞蟻的身體構造：六條腿，兩跟觸鬚，一個大夾嘴，細長的身體，最後一個大尾巴。
通常一隻螞蟻重約25-60mg，蟻王略重，可以有120mg。按題主所說，高達400倍後，重物質量約16g（以螞蟻40mg計）。但是，400倍其實也不是螞蟻的極限，有研究（2014年的《生物力學》）指出：螞蟻可以承受自身5000倍的質量。
2、螞蟻的承力結構——脖子關節分析
螞蟻是一種外骨骼生物，主要的承力結構就是螞蟻的外層了。螞蟻的六條腿，其中後面4條腿是用來行走的，前面2條腿可以用來舉物，它的大夾嘴也可以用來咬物。對於一些並不是很重的物體，螞蟻可以用前爪舉起，對於一些較重的物體，螞蟻可以用嘴咬住。
上圖是螞蟻用嘴咬住重物的樣子，受力圖見右。用嘴巴咬住重物，螞蟻的脖子將會受到較大的彎矩左右，為了降低這個彎矩，螞蟻會抬起頭，縮短重物重心與脖子的距離。此時，螞蟻的關節起到了非常好的承力左右，特別是外骨骼。我們取螞蟻脖子關節作為研究對象，圖中藍色圓形。螞蟻頭部及重物的力向下，紅色箭頭。為了平衡掉此力，關節處必須有對應的力，而且關節較細，距離矩心更接近，意味著關節處的力更大。但是由於外骨骼的存在，關節處的力對於此處的外骨骼是壓力，並且能分散開來，這就降低了應力，提升了承載能力。
3、螞蟻的承力結構——前爪分析
當螞蟻利用前爪舉重的時候，我們可以看到前爪幾乎是豎直方向的，這就大大降低了彎矩對關節的作用，使得前爪主要承受重力造成的向下的壓力作用。下圖為螞蟻整體的受力圖。
由於前爪舉起，幾乎是豎直方向，我們以前爪之一為對象，如下圖。實際上，此時前爪就是一根受壓的杆，強大的外骨骼承受了絕大部分載荷。
4、螞蟻的外骨骼
通過上述分析，我們知道螞蟻的外骨骼非常重要，是螞蟻能夠承受巨大外力的關鍵。外骨骼的主要成分是幾丁質和蛋白，這種外骨骼類似於人體的骨骼，具有較強的承載能力。由於螞蟻實在太小，無法對螞蟻的外骨骼進行力學測試，這也是一大遺憾。希望以後能有機會彌補。
5、總結
螞蟻的承載能力絕非400倍體重，而是高達5000倍。其優越的承載能力得益於螞蟻的外骨骼的優越的力學性能。此外，螞蟻舉重，外骨骼基本承受的都是壓力，更加提升了其承載能力。
力學Nerd王小胖
螞蟻的這個特性引起許多人的研究，例如下面的攝影照片來自劍橋大學，很好展示了螞蟻怎麼採用一些技巧舉起自身重量100倍的東西，當它們的負載很輕時，它們可以摺疊它們的腳以減少表面接觸，降低它們的粘附力並允許它們自由移動。但是當螞蟻面對如下圖中比較重的有效載荷時，它們可以展開那些腳，來得到更多的表面張力。
另外，這裡面隱含一個簡單的幾何原理。螞蟻的肌肉功能與我們自己的功能非常相似，其收縮力來自肌肉外部的纖維。就肌肉而言，“體積”代表質量。體積按立方函數變化，面積按平方函數變化，例如10毫米的長度，面積600平方毫米，體積1000立方毫米，面積與體積比了1：0.6，當長度增加100倍增加到1000毫米，面積與體積比變化為1：0.006。這意味著，隨著身體變小，相對於自己的體重變得更強壯，換句話說，當你縮小螞蟻身體的時候，你也能舉起這麼懸殊比例的重量。
當然科學家不滿足於研究螞蟻能夠舉起多重的東西，還研究螞蟻的關節能夠承受多大的力。他們將螞蟻放入冰箱中麻醉，然後將它們面朝下粘在一個專門設計的離心機中，以測量使頸部變形並最終使頭部從身體上破裂所需的力。螞蟻的脖子在平均體重的3,400-5,000倍的力量下破裂，這說明螞蟻身體結構也非常神奇。
為什麼要研究螞蟻這些特性呢？畢竟有些手段還蠻殘忍的。這其實是仿生學的一部分，借鑑螞蟻的特性，希望將來能製造出類似的機器人，達到螞蟻這種神奇效果。
科學視野，不同解讀，歡迎評論和關注！
崑崙還東國
感謝題主提出的問題。
關於螞蟻能舉起相當於自身體重多少倍的東西也是眾說紛紜，有的科學家說400倍，我還看到過一個說是1700倍的。不管是那種說法，相對於人類舉重大約是自身體重的兩倍到三倍之間這個數值那是遠遠超過的。然而真相併不如此。
事實上是，螞蟻這種小昆蟲的力量並不大，作為一種昆蟲，螞蟻的肌肉素質是無法與哺乳動物相比的，如果將人類收縮到螞蟻的體型,人類可以舉起自身更多倍的重量。
健身館的教練們都知道，肌肉的力量和肌肉的橫斷面成正比。在健身房裡，我們要想舉起更大的重量，就必然需要有更大塊頭的肌肉。參考奧運會舉重運動員的數據，人類舉起自己體重三倍重量就是極限了。
小夥伴們跟隨著老郭的思路，做一個假想實驗，實驗過程如下：
現在讓我們幻想一下，我們擁有了《愛麗絲漫遊奇境記》裡面那種神奇的水和蘑菇，能讓身體自由的變大變小。
一、我們找來一個可以舉起自己體重三倍的舉重運動員，給他服下一口神水，讓他縮小到原來身高的10%，這個時候，他的肌肉橫斷面即力量變為原來的1%，他的體重會變為原來的1‰，這個時候我們看到，這個運動員可以舉起自身三十倍的重量。
二、嘿嘿，我們繼續給這個運動員喝神水，讓他繼續變小為原來的1%，這個時候他可以舉起自身三百倍的重量。
三、如果我們給這個運動員喝神水，將他縮小到螞蟻的大小，為了好計算就按5毫米來計算吧。假設這個運動員的身高為1.6米（舉重運動員都不太高），這意味著，他的身體縮小為原來的31.25‰，這個時候這個運動員可以舉起自身體重10000倍的重量。
驚不驚喜？意不意外？其實螞蟻這種小動物，它們的身體結構是以速度換力量的一種液壓結構，以我們人類今天的工程力學是很容易理解的，各種千斤頂已經給我們展示了這個道理。為了提供足夠的支撐力，我們的手得進行更大行程的壓動。
所以，小螞蟻就是小螞蟻，它們其實很柔弱。但作為生物圈上重要的一環，我們還是需要對它們進行保護。愛護這個地球，你、我都有責任。歡迎關注老郭，我在科學話題裡面等你呦。
#這很科學##我來科普##科普一下#
郭哥聊科學
這個問題需要了解螞蟻體內的一種結構非常複雜的含磷化合物,稱為三磷酸腺苷,即ATP；這種含磷化合物可以在螞蟻運動的時候產生“燃燒”的劇烈變化，這種變化可以使肌肉蛋白的長形分子在霎那間收縮起來從而產生巨大的力量。而這種含磷化合物不用經過燃燒就可以把潛在的能量直接釋放出來轉變成機械能，又因其沒有機械摩擦所以螞蟻機會沒有什麼能量損失，而螞蟻腿部有幾十億個這樣的“小發動機”，正是這種“小發動機”組成螞蟻腿部肌肉這個高效率的“高效發動機”。另外一方面，我們呼吸的空氣和水一樣都是有浮力的，雖然我們人類感覺不到空氣浮力的存在，但是對於螞蟻這樣的小體型生物來說就如同人在河裡舉起重物一樣，這就是為什麼螞蟻可以舉起自身重量100-400倍的東西。希望能幫你哦！
