Trước tiên, ta đi tính lực tiếp tuyến. Trong giả thiết này lực tiếp tuyến có phương theo trục x, và lực pháp tuyến có phương theo trục y. Với những tham số trên thì từ công thức (3.3) điện tích được nạp Q trong tụ được xác định qua công thức:
(3.6)
Và điện dung của tụ điện được tính theo công thức:
(3.7)
Năng lượng điện trường trong tụ được xác định bởi:
(3.8)
Giả thiết lực tiếp tuyến Ft làm cho bản cực di động dịch chuyển một đoạn Δx
theo phương x (phương song song với bản cực cố định). Khi đó, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho hệ tụ điện và nguồn ta có:
(3.9) Trong đó, Ei = -Q.V là nội năng lượng của nguồn. Lấy đạo hàm cả 2 vế phương trình (3.8) và Ei theo biến x ta thu được:
(3.10)
(3.11)
Thay các công thức (3.6), (3.7), (3.8), (3.10), (3.11) vào công thức (3.9) ta sẽ tính được lực pháp tuyến như sau:
(3.12)
Công thức (3.12) cho thấy lực tiếp tuyến Ft không phụ thuộc vào khoảng chồng lên nhau của hai bản cực (x) và tỉ lệ với khoảng cách giữa hai bản cực (do).
Tiếp đến, ta đi tính lực pháp tuyến: Khi có điện áp V đặt vào hai bản cực như Hình 3. 9 sinh ra lực pháp tuyến Fn, giả sử lực này làm bản cực di động dịch chuyển một đoạn là Δy theo phương y. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho hệ gồm nguồn và tụ điện ta có:
Từ đó, suy ra:
(3.14)
Trong đó: E và Ei lần lượt là năng lượng điện trường của tụ điện và nội năng lượng của nguồn. Áp dụng công thức (3.5) và công thức tính nội năng Ei trong trường hợp này, ta có: (3.15) hay: (3.16) và: (3.17)
Ngoài ra, điện dung của tụ điện và điện tích nạp trong tụ được tính bởi:
(3.18)
(3.19)
Vì vậy, công thức (3.17) lúc này trở thành:
(3.20)
Thay công thức (3.16) và (3.20) vào công thức (3.14) ta được
(3.21)
Trong công thức (3.21) dấu âm thể hiện lực pháp tuyến Fn hút bản cực di động lại gần bản cực cố định (ngược chiều trục oy).
Từ công thức (3.12) và công thức (3.21), suy ra mối quan hệ giữa lực tiếp tuyến và lực pháp tuyến như sau:
(3.22)
3.3.4. Ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện cho bộ kích thích kiểu răng lược
Năm 1990 một nhóm tác giả đã giới thiệu và trình bầy một bộ kích thích/chấp hành kiểu răng lược [82]. Từ đó đến nay, bộ kích thích/chấp hành kiểu răng lược đã được thiết kế với nhiều dạng khác nhau. Hình 3. 10 là một bộ kích thích kiểu răng lược.