OK, es cierto... en física también hay guitarreo. Nos descubriste. Eso sí... no desafines, porque se nota. Vamos a analizar estas terribles preguntas. De a una.

a) ¿Se conserva la energía del universo? Explique. Claro que se conserva. Hasta donde sabemos la energía puede desaparecer si -y sólo si- se convierte en materia y, viceversa, puede crearse únicamente a expensas de materia que desaparece para convertirse en energía. Einstein fue quien -derivando fórmulas- descubrió este proceso que después fue corroborado fehacientemente, aunque es un fenómeno restringido a los reactores nucleares, los núcleos estelares, a minúsculas interacciones entre partículas subatómicas y a un puñado de situaciones más, cada una más remota a nuestra vida cotidiana que la otra.

En cambio, en lo que concierne a fenómenos de tipo cotidiano -comer, beber, vivir, moverse, levantar bolsas de arena, tirar cuetes o incendiar bosques-, la energía se conserva. A veces -lo reconozco- no lo parece: la pila de mi MP3 se queda sin energía al cabo de unas 12 horas de buena música (apenas media hora si le pongo cumbia). Lo que pasa es que la energía suele tener muchas formas de manifestarse, y algunas son más evidentes que otras, algunas más útiles que otras. Por eso muchas veces nos parece que la energía (sobre todo si se halla en forma útil) se agota, desaparece. Pero no. Si hiciésemos el esfuerzo por medir exactamente antes y después de cada proceso, encontraremos que la cantidad total de energía no ha cambiado. Ojo, es probable que tengas que medir energía en formas muy variadas: térmica, química, cinética, potencial, radiante... y decenas de etcéteras más. Esto que acabo de contarte recibe el nombre de Ley de Conservación de la Energía; capaz que lo escuchaste.

Hasta acá mi guitarreo fue muy general -si querés: teórico-, pero vos estarás interesado en que te cuente qué pasó con la energía -cómo es que se conservó- acá, en este problema en particular de la bolsa de arena. Bien, pasemos al charango.

Cuando la bolsa de arena se hallaba a 6 metros de altura poseía una energía potencial igual a:

E_P = m . g . h = 5 kg . 10 m/s² . 6 m = 300 J

Al caer, esa energía potencial se va transformando en cinética. Pero al estrellarse contra el piso toda la energía cinética alcanzada se transforma en energía calórica. Eso hace que su temperatura aumente un poquito. Te lo voy a calcular. Google dice que el calor específico de la arena es c = 1.000 J/kg ºC, entonces (espero que te acuerdes algo de calorimetría):

ΔT = Q / m . c =

ΔT = 300 J / 5 kg . 1.000 J/kg ºC =

ΔT = 0,06 ºC

6 centésimas de grado es una propina. En pocos minutos más, ese imperceptible aumento de temperatura pasa al ambiente, ahora sí, en forma de calor; pero siendo tan grande y masivo el ambiente en comparación con los cinco kilos de arena te imaginarás que no existe instrumento capaz de medir su calentamiento debido a ese minúsculo traspaso.

En conclusión: antes de comenzar la transformación, el universo tenía 300 preciosos joules acumulados en forma de energía potencial en una bolsita de arena. Al terminar la transformación el universo dejó de tener esos 300 J en la bolsita; ah, pero ahora los tiene desparramados por todos lados en forma de un mínimo aumento de agitación térmica de algunas moléculas del aire. Pese a que el saldo energético es cero, es un excelente ejemplo de lo que es la energía útil y la energía inútil. Vamos a la siguiente.

b) ¿Se mantiene constante la entropía del universo? Explique. Esta cuestión también podemos contestarla categóricamente desde lo teórico: la entropía del universo nunca se mantiene constante, siempre aumenta como producto de la transformación que sea. Y podemos corroborarla desde el cálculo práctico.

La arena no recibe calor, por lo tanto la variación de su entropía, ΔS_A, es nula. En cambio el ambiente sí recibe calor (de la arena) y podemos calcular su variación de entropía, ΔS_M, fácilmente: es positivo porque el ambiente recibe calor y su temperatura fue invariante. La suma de ambas variaciones de entropía no es otra que la del universo, ΔS_U.

ΔS_U = ΔS_A + ΔS_M

ΔS_U = 0 + Q/T

ΔS_U = 0 + 300 J / 300 K

ΔS_U = 1 J/K

c) ¿Se podría hacer descender la bolsa de arena en forma reversible?, ¿cómo? Estrictamente no. Pero pueden idearse algunos procedimientos que son aproximables indefinidamente a una situación reversible, ideal. El más sencillo es hacer descender la bolsa con ayuda de una polea que sostiene, además, un cuerpo de otros 5 kilos. Así, la bolsa puede descender en un estado de equilibrio permanente... y si te arrepentís: podés volver atrás. Esta vía ideal (o cualquier otra reversible que se te ocurra) es la que nos autoriza a decir que la entropía de la bolsa de arena no cambia, ya que para pasar de un estado a otro (de arriba a abajo) lo hace sin necesidad de recibir calor: ΔS_A = 0... y como la entropía es una función de estado, por cualquier otro camino que baje dará lo mismo.

Y la última pregunta ya quedó contestada. Qué groso que soy.