本ジャンルは98問すべてが計算と数値・単位のひっかけ。物理の原理を「なんとなく」知っていても点にならず、公式を1本ずつ正確に覚え、単位換算を最初に済ませられるかで合否が分かれる。以下の8テーマを、公式・表・計算のコツで固める。
すべての計算の土台。力＝質量×加速度（F＝ma）から組立単位を自分で導けるようにする。単位を基本単位（kg・m・s）に分解する次元解析と、スカラー／ベクトルの区別が単独でも頻出。
| 物理量 | 単位 | 基本単位への分解 |
|---|---|---|
| 力 | N（ニュートン） | kg・m/s² |
| 圧力・応力 | Pa（パスカル） | N/m²＝kg/(m・s²) |
| 仕事・エネルギー | J（ジュール） | N・m＝kg・m²/s² |
| 仕事率（電力） | W（ワット） | J/s＝kg・m²/s³ |
| 電荷 | C（クーロン） | A・s（A/sではない） |
| 磁束 | Wb（ウェーバ） | V・s |
| 吸収線量 | Gy（グレイ） | J/kg |
ベクトル量（大きさ＋向き）＝変位・速度・加速度・力・運動量・力積・電界・磁束密度。スカラー量（大きさのみ）＝質量・時間・温度・エネルギー・仕事・電荷・体積・速さ。「速さ」はスカラー、「速度」はベクトルの区別も出る。仕事は力と変位の内積なのでスカラー。
機械要素の次元：ばね定数k＝F/x＝kg/s²（N/m）、ダンパ定数c＝F/v＝kg/s（N・s/m）。運動方程式 m・x″＋c・x′＋k・x＝F の各係数の次元を押さえる。「毎秒（/s）」か「秒を掛ける（・s）」かで電荷（A・s）のような単位ひっかけが作られる。
モーメント（トルク）＝力×腕の長さ（回転軸から作用線までの垂直距離）。静止（釣り合い）＝Σモーメント＝0（時計回り＝反時計回り）。計算問題では単位換算（g→kg、cm→m）を最初に済ませるのが最大の失点対策。
力が腕に対して角度をもつときは、有効な腕＝腕の長さ×（角度成分）。鉛直な重力に対しては水平距離＝腕×cosθ（θは水平からの傾き）で効く（傾き0°で最大、鉛直90°で0）。
例：点滴スタンドで水平10 cm（0.10 m）に500 g（0.5 kg）→ M＝mg×d＝0.5×9.8×0.10＝0.49 N・m。例：中点支持の棒の端に100 g（≒1 N）、水平から60°傾き、腕0.5 m→ M＝1×0.5×cos60°＝0.5×0.5＝0.25 N・m。
糸で吊った静止物体の張力は重力と釣り合い、T＝mg（500 g→0.5×9.8＝4.9 N）。桁ミス・g/kg・cm/m の取り違えが定番のひっかけ。
運動方程式 F＝maと等加速度直線運動の3式が基本。接して動く物体群は全体を一つの系として a＝(駆動力−全摩擦)/全質量で解く。
| 運動 | 公式 |
|---|---|
| 等加速度（初速v₀） | v＝v₀＋at、x＝v₀t＋½at²、v²＝v₀²＋2ax |
| v-tグラフ | 下側の面積＝移動距離（加速度の面積＝速度、速度の面積＝距離） |
| 摩擦のない斜面（角θ） | 加速度 a＝g sinθ（質量に無関係） |
| 鉛直投げ上げ | 往復（同高さ復帰）＝2v₀/g、最高点まで v₀/g、最高到達 v₀²/2g |
| 放物運動 | 水平成分 v cosθ は一定、最高点の速さ＝水平成分（鉛直成分0） |
| 等速円運動の向心力 | F＝mv²/r＝mrω²（v＝rω、中心向き） |
| 単振動（バネ振り子） | T＝2π√(m/k)（単振り子は T＝2π√(L/g)＝質量に無関係） |
動摩擦力＝μ×垂直抗力＝μmg（g≒9.8、概算では10）。向心力は速度の2乗に比例・半径に反比例、mrω²の形では角速度が2乗で効く（質量0.5倍・角速度2倍・半径0.5倍→0.5×2²×0.5＝1倍で不変）。バネ振り子の周期は質量の平方根に比例・バネ定数の平方根に反比例（周期を2倍にするにはm/kを4倍）。sin30°＝0.5、sin45°＝cos45°≒0.707、sin60°＝cos30°≒0.866を暗記。
仕事とエネルギーの定理：外力のした仕事＝運動エネルギーの変化 W＝F・d＝½mv²−½mv₀²。摩擦がなければ力学的エネルギー保存（運動エネルギー½mv² ⇔ 位置エネルギーmgh）。
斜面を登る／落下する到達高さ H＝v²/2gは質量にも斜面角にも無関係（例：7 m/s→H＝49/19.6＝2.5 m）。制動距離の問題は ½mv²＝F・dで解く（50 kg・10 m/s→2500 J、25 mで停止→F＝100 N）。運動量＝質量×速度＝ベクトル量、仕事はスカラー。加速度を求める運動方程式でも同じ答えに至る（相互チェックに使える）。
本ジャンル最多の出題帯。応力・ひずみ・ヤング率・ポアソン比の定義と単位、応力ひずみ線図、弾性／塑性の区別、そして粘弾性（応力緩和・クリープ）が繰り返し問われる。
| 量 | 定義 | 単位 |
|---|---|---|
| 応力 σ | 力／断面積（F/A） | Pa（圧力と同じ） |
| ひずみ ε | 変形量／元の長さ（ΔL/L） | 無次元（単位面積あたりではない） |
| ヤング率 E（縦弾性係数） | 応力／ひずみ（σ/ε） | Pa |
| 剛性率 G（横弾性係数） | せん断応力／せん断ひずみ | Pa（せん断・ねじりで求める） |
| ポアソン比 ν | 横ひずみ／縦ひずみ（絶対値） | 無次元（理論上限0.5） |
| ずり速度 | 速度勾配 | s⁻¹（1/s） |
| 粘性率 η | ずり応力／ずり速度 | Pa・s |
順序：比例限度 → 弾性限度 → 降伏点（応力ほぼ一定でひずみ増大）→ 引張強さ（最大応力）→ 破断。弾性域はフックの法則 σ＝Eε（F∝ΔL）で傾きがヤング率。降伏点を超えると塑性変形＝永久ひずみが残る（除荷しても戻らない、弾性分だけ回復）。応力の大小は比例限度＜弾性限度。明瞭な上降伏点は軟鋼に特有で、非鉄金属は0.2%耐力で代用。
ヤング率を求める負荷＝引張・圧縮（垂直応力）（せん断・ねじりは剛性率G、曲げは複合）。ヤング率計算例：応力2.0 MPa÷ひずみ0.001＝2.0 GPa。ポアソン比は横ひずみ/縦ひずみで、体積不変（非圧縮）＝0.5、金属≒0.3、コルク≒0。生体軟組織は水分主体でほぼ非圧縮＝約0.5で鉄鋼より大きい（「小さい」はひっかけ）。ν0.3の材料を縦に10%伸ばすと直径は0.3×0.1＝3%縮み0.97倍。
生体組織は粘弾性体で、ばね（弾性）＋ダッシュポット（粘性）の直並列モデルで表す。マクスウェル模型（直列）＝応力緩和（一定ひずみで応力が指数的に減衰）。フォークト／ケルビン模型（並列）＝クリープ（遅延弾性）（一定応力でひずみが指数的に増加・漸近、除荷で漸減）。粘弾性由来の現象＝応力緩和・クリープ・ヒステリシス（降伏・破断・応力集中は塑性・破壊・形状に起因し粘弾性特有ではない）。機械要素の対応＝ばね:変位に比例 F＝kx／ダッシュポット:速度に比例 F＝cv／質量:加速度に比例 F＝ma。硬さ（ヤング率）順＝骨＞腱＞筋、コラーゲン＞エラスチン。音響インピーダンス（密度×音速）＝骨＞筋＞脂肪。
材料力学と並ぶ主戦場。静止流体（パスカル）・理想流体（連続の式・ベルヌーイ）・粘性流体（レイノルズ数・ハーゲンポアズイユ）を、成立条件ごとに整理する。
| 法則 | 式・内容 | 成立条件 |
|---|---|---|
| パスカルの原理 | 密閉流体の圧力は各点で等しい → F₁/A₁＝F₂/A₂ | 静止流体（完全流体でも成立） |
| 連続の式（質量保存） | Q＝A・v が一定、分岐で Q₁＝Q₂＋Q₃ | 非圧縮・定常（粘性の有無に無関係） |
| ベルヌーイの定理 | P＋½ρv²＋ρgh＝一定（静圧＋動圧＋位置圧） | 完全流体・非粘性・非圧縮・定常・同一流線上 |
| レイノルズ数（無次元） | Re＝ρvD/μ＝vD/ν（慣性力/粘性力） | 約2000超で乱流。管長は無関係・圧力は含まない |
| ハーゲン・ポアズイユ | Q＝πΔP r⁴/(8ηL)、抵抗 R＝8ηL/(πr⁴) | 粘性流体・層流・円管（完全流体では不成立） |
Re＝ρvD/μ＝vD/ν（ν＝μ/ρ＝動粘度）。含む4要素＝密度・流速・内径・粘性、管長と圧力は含まない。計算例：内径0.01 m・流速1 m/s・動粘度4×10⁻⁶→Re＝0.01/4×10⁻⁶＝2500。Reを一定に保つ組合せ問題は各因子を掛け合わせて元に戻す（流速0.25倍×内径4倍＝1倍）。生体で乱流を生じうるのは上行大動脈（径最大・流速大でRe最大）、毛細血管は完全な層流（Re≪1）。
ハーゲン・ポアズイユは流量が半径の4乗に比例（内径が半分で流量1/16）が最重要。圧力差ΔP・粘性η・長さLに比例／反比例の関係を押さえる。ベルヌーイでは絞り（狭窄）で流速が上がり圧力が下がる（ベンチュリ効果）。動圧＝½ρv²（血液ρ≒1050、流速1 m/s→約525 Pa≒4 mmHg）。表面張力は単位N/m、分子間凝集力に由来し表面積を最小化（液滴が球になる、温度上昇で低下）。
血液は非ニュートン流体で、ずり速度が高いほど見かけ粘性が下がる（ずり流動化）。血漿（血球を除く）はほぼニュートン流体。血管抵抗 R∝1/r⁴（内径が小さいほど急増）。脈波伝搬速度PWV∝√(Eh/ρD)（Moens-Korteweg）＝血管が硬い（石灰化・コラーゲン増でE大）・厚い・細いほど速く、動脈硬化の指標。動脈圧波形は末梢ほど収縮期ピークが増高（末梢性増幅）し立ち上がりが急峻に、切痕は浅く遅れる。大動脈でも静圧≫動圧。観血式血圧はトランスデューサが右心房より低いと高く表示（1 cmH₂O≒0.74 mmHg、30 cm低い→約22 mmHg高い）。
| 血液粘性を上げる因子 | 下げる因子 |
|---|---|
| ヘマトクリット上昇 | 温度上昇 |
| 連銭形成（ルロー・低ずり速度での凝集） | ずり速度の上昇 |
| 血漿タンパク（フィブリノゲン等）上昇・低温 | 集軸効果（細管で中心軸に集まり壁側が血漿層＝Fåhraeus-Lindqvist効果） |
音の基本量とドップラー効果が中心。ドップラーは符号（近づく/遠ざかる）を正確に。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 音の3要素 | 高さ（周波数）・強さ（振幅／音圧）・音色（波形）。速さ・方向は含まない |
| 波長 | λ＝音速v÷周波数f＝v×周期T。時間波形の縦軸＝音圧 |
| 音速の目安 | 空気中≒340、水中≒1500、生体軟部組織≒1540 m/s |
| 音の強さレベル | dB（デシベル）＝基準との比の対数（無次元）。強さ10log、音圧20log |
一般式 f′＝f(c±v₀)/(c∓v_s)（v₀＝観測者速度は分子、v_s＝音源速度は分母）。近づくと高音（振動数↑）、遠ざかると低音（↓）。互いに近づく＝分子＋v₀・分母−v_s → f₀(c＋v₁)/(c−v₂)。
計算例：静止音源に観測者20 m/sで接近→ f′＝1000×(340＋20)/340＝1060 Hz。音源が10%高く聞こえる接近→ 1.1＝340/(340−v)→ v≒30.9 m/s≒111 km/h（m/s×3.6）。
ひっかけ：ドップラーは周波数（波長）の現象で振幅には無関係／音速には依存する（Δf∝v/c）／媒質を問わず水中でも生じる／山びこ（反射・エコー）・うなり（2音の干渉）はドップラーではない。超音波ドプラ血流計はcosθ補正が要る（θ=90°で検出不能）。
熱量 Q＝mcΔTと伝熱の3形態、気体の状態変化が3本柱。水の比熱4.2 J/(g・K)＝4.2 kJ/(kg・K)は暗記必須。
Q＝mcΔT（m質量・c比熱・ΔT温度差）。加熱時間はt＝Q/P（P仕事率）。例：100 g・20→60℃→Q＝100×4.2×40＝16800 J、500 Wで t＝33.6≒34 s。比熱の逆算 c＝Q/(mΔT)（体積10 L＝0.01 m³の換算に注意）。混合温度＝質量による加重平均（40℃1 kg＋10℃2 kg→(40＋20)/3＝20℃）。熱効率 η＝有効な仕事／供給熱量（320 kJ/s＝320 kW供給・96 kW出力→30%、残り70%は排熱）。
伝導（固体内）・対流（流体の移動）・放射（電磁波・真空でも伝わる）の3つ（干渉・発振・回折は伝熱ではない）。フーリエの熱伝導：Q＝k・A・(θ₁−θ₂)・t／L＝熱伝導率k・断面積A・温度差・時間に比例、厚さ（長さ）Lに反比例。単位換算（mm→cm、分→秒）を先に処理。放射はステファン・ボルツマンの法則で絶対温度の4乗に比例、ピーク波長はウィーンの変位則で低温ほど長波長＝体温付近（37℃）の物体は主に赤外線を放射（サーモグラフィの原理、紫外線ではない）。
| 気体の状態変化（必ず絶対温度K＝℃＋273） | 一定 | 関係 |
|---|---|---|
| ボイルの法則 | 温度T | PV＝一定（P₁V₁＝P₂V₂） |
| シャルルの法則 | 圧力P | V/T＝一定 |
| ゲイ・リュサックの法則 | 体積V | P/T＝一定（定積で圧力∝絶対温度） |
| ボイル・シャルルの法則 | 物質量 | PV/T＝一定 |
「150 mmHg上昇」は760＋150＝910 mmHgと絶対圧で扱う（加算の見落としが誤答源）。定積加熱は摂氏でなく絶対温度の比（27→57℃なら330/300＝1.1倍、57/27で計算するのはひっかけ）。体膨張 V＝V₀(1＋βΔT)で「変化量」と「変化後の総量」を取り違えない（β≒3α、線膨張係数の3倍）。温度差ΔTは摂氏差でも絶対温度差でも同じ値。