Sistema de coordenadas rotadas 3D en el punto de interacción de una línea y un arco en Tikz

Question

Quiero dibujar un sistema de coordenadas cartesiano 3D (rotacional) como se muestra en la figura adjunta. Como nuevo usuario de TikZ, me quedé en los siguientes puntos:

1) Cómo trazar dos arcos con el mismo centro y radio diferente (punta de flecha)

2) puntos de intersección b/n arco y línea

3) coordenadas rotadas (uno de los casos se muestra en la figura) en ese punto de intersección

Hay algo que logré hacer hoy con la ayuda de ejemplos y un manual, pero seguramente esta no es una forma eficiente e inteligente de comenzar este problema.

Realmente agradecería su ayuda.

\documentclass[tikz,border=12pt]{standalone}
\usetikzlibrary{intersections}
\usepackage{tikz}
\usepackage{tikz-3dplot}
\tdplotsetmaincoords{60}{110}

\begin{document}
\begin{tikzpicture} 
% add: rotation option
\coordinate (O) at (0,0,0);
\draw[thick,->] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=north east]{$x$};
\draw[thick,->] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=north west]{$y$};
\draw[thick,->] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{$z$};

\draw[red] [name path=A1] (3,0) arc(0:120:3);

\draw[red][name path=r1] (0,0) -- (3,3);
\draw [name intersections={of=A1 and r1, by=y}] (y) circle (1pt);

\draw[blue] (6,0) arc(0:120:6);

\end{tikzpicture}
\end{document}

Answer 1

Para poder utilizar tikz-3dplot, es necesario instalar su sistema de coordenadas. Y luego la 3dbiblioteca te permite transformarte en varios planos. En estos planos, puedes dibujar arcos como de costumbre.

\documentclass[tikz,border=12pt]{standalone}
\usetikzlibrary{3d,calc}
\usepackage{tikz-3dplot}
\tdplotsetmaincoords{60}{-80}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[tdplot_main_coords,bullet/.style={fill,circle,inner sep=1.5pt,transform shape}] 
 \pgfmathsetmacro{\r}{3.5}
 \pgfmathsetmacro{\R}{5}
 \pgfmathsetmacro{\myangle}{60}
 \coordinate (O) at (0,0,0);
%  \draw[thick,-stealth] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=north east]{$x$};
%  \draw[thick,-stealth] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=north west]{$y$};
%  \draw[thick,-stealth] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{$z$};
 \begin{scope}[canvas is xy plane at z=0]
  \draw[blue,-latex] (120:\r) arc(120:-30:\r) node[above,black]{$s$};
  \path (\myangle:\r) node[bullet] (P1){};
  \draw[-stealth] ($(P1)+(\myangle+90:1)$) -- ($(P1)+(\myangle-90:2)$) node[above]{$\hat z$};
  \draw[-stealth] (O) -- (0:\r) node[midway,right]{$\rho$};
  \draw[-stealth] (O) -- (90:\r) node[midway,below]{$\rho$};
  \draw[-stealth] (O) -- (\myangle:\R+1) node[below left]{$\hat x$};
  \path (\myangle:\R) node[bullet](P2'){};
 \end{scope}
 \begin{scope}[canvas is xy plane at z=2]
  \draw[red,-latex] (120:\R) arc(120:-30:\R) ;
  \path (\myangle:\R)node[bullet] (P2){};
  \draw[-stealth,thick] (P2) -- ++ (\myangle-90:0.5) node[midway,above]{$\mathrm{d}\vec r$};
  \path (\myangle:\r) node[bullet](P1'){};
  \draw[thin] (P2'.center) -- (P2.center) -- (P1'.center);
 \end{scope}
 \path (P1.center) -- (P1'.center) coordinate[pos=-0.3] (aux1)
 coordinate[pos=1.5] (aux2); 
 \draw[-stealth] (aux1) -- (aux2) node[right]{$\hat y$};
\end{tikzpicture}
\end{document}