Mengapakah Kita Melihat Kilat Sebelum Mendengar Guruh?

Ketika ribut petir, langit tiba-tiba diterangi cahaya kilat, dan beberapa saat kemudian barulah kedengaran bunyi guruh yang kuat atau bergemuruh. Kadangkala jarak masa antara kilat dengan guruh sangat singkat, tetapi pada masa lain kita menunggu lebih daripada sepuluh saat sebelum bunyinya sampai.

Adakah guruh benar-benar berlaku selepas kilat, atau kedua-duanya terhasil hampir serentak? Jawapannya bergantung pada kelajuan perambatan cahaya dan bunyi.

Bagaimanakah kilat menghasilkan guruh?

Kilat ialah nyahcas elektrik yang berlaku apabila terdapat perbezaan keupayaan elektrik yang cukup besar antara kawasan bercas, sama ada di dalam awan, antara awan atau antara awan dengan bumi. Ketika kilat berlaku, arus elektrik yang kuat mengalir melalui saluran udara dan memanaskan udara di sepanjang saluran itu dengan sangat cepat. Suhu udara dalam saluran kilat boleh mencapai sekitar 30 000°C untuk tempoh yang amat singkat.

Pemanasan mendadak ini menyebabkan udara mengembang dengan sangat pantas dan memampatkan udara di sekelilingnya, lalu menghasilkan gelombang kejutan. Apabila gelombang itu merambat menjauhi saluran kilat, kita mendengarnya sebagai guruh. Oleh itu, guruh bukan bunyi awan yang saling berlanggar, tetapi bunyi akibat perubahan tekanan udara yang sangat cepat kerana pemanasan oleh kilat.

Mengapakah cahaya sampai lebih dahulu?

Cahaya dan bunyi ialah dua jenis gelombang yang berbeza. Cahaya ialah gelombang elektromagnet yang boleh merambat melalui ruang vakum, dengan kelajuan tepat 299 792 458 meter sesaat dalam vakum. Dalam udara kelajuannya sedikit lebih rendah, tetapi masih hampir 300 juta meter sesaat. Bunyi pula ialah gelombang mekanik yang memerlukan medium seperti udara, air atau bahan pepejal untuk merambat, dan pada suhu udara sekitar 20°C ia bergerak pada kelajuan kira-kira 343 meter sesaat.

Jurangnya sangat besar. Dalam satu saat, cahaya boleh merambat hampir 300 000 kilometer dalam vakum, manakala bunyi merambat sekitar 343 meter dalam udara pada suhu 20°C. Cahaya kilat yang berlaku beberapa kilometer jauhnya sampai ke mata kita dalam tempoh yang sangat singkat, sedangkan bunyi guruh memerlukan beberapa saat untuk sampai ke telinga. Perbezaan kelajuan inilah yang menyebabkan sela masa antara kilat yang dilihat dengan guruh yang didengar.

Bolehkah sela masa digunakan untuk menganggar jarak kilat?

Boleh, tetapi hanya secara anggaran. Bunyi guruh merambat kira-kira satu kilometer dalam tiga saat pada keadaan udara biasa. Oleh itu, jarak anggaran dalam kilometer diperoleh dengan membahagikan sela masa antara kilat dengan guruh, dalam saat, dengan tiga. Sebagai contoh, jika guruh kedengaran sembilan saat selepas kilat dilihat, jarak kilat ialah 9 ÷ 3 = kira-kira 3 kilometer. Pengiraan ini mengabaikan masa perjalanan cahaya kerana nilainya amat kecil berbanding masa perjalanan bunyi pada jarak itu.

Hasilnya tetap anggaran. Kelajuan bunyi berubah mengikut suhu udara, dan bunyi guruh boleh datang daripada bahagian berlainan sepanjang saluran kilat. Jika beberapa kilat berlaku hampir serentak, kita juga mungkin tersilap memadankan bunyi guruh dengan kilat yang dilihat. Kaedah ini tidak boleh menentukan lokasi sambaran dengan tepat.

Mengapakah sesetengah guruh berbunyi panjang dan bergemuruh?

Saluran kilat tidak semestinya pendek atau lurus, dan ada kilat yang mempunyai saluran panjang serta bercabang. Setiap bahagian saluran itu boleh menghasilkan gelombang kejutan, dan bunyi daripada bahagian yang lebih dekat sampai kepada pendengar lebih awal berbanding bunyi daripada bahagian yang lebih jauh. Akibatnya, guruh boleh kedengaran sebagai dentuman yang diikuti gemuruh berpanjangan.

Gelombang bunyi juga boleh berubah ketika merambat melalui atmosfera, kerana suhu udara, jarak dan keadaan atmosfera mempengaruhi bunyi yang akhirnya sampai kepada pendengar. Inilah sebabnya guruh yang dekat sering kedengaran seperti letupan atau retakan yang kuat, manakala guruh yang lebih jauh kedengaran sebagai gemuruh yang rendah dan panjang.