Como desenhar uma região de campo elétrico não uniforme no TikZ?

Question

Como desenhar este diagrama em TikZ?

Sinto muito por não fornecer um exemplo mínimo aqui, porque estou totalmente preso desde o início. Não consigo encontrar uma solução para muitos subproblemas que ocorreram durante minhas tentativas. Aqui estão os mais difíceis:

1. As linhas curvas:Claramente deveriam ter o mesmo centro, mas se eu usar esse centro, a altura da imagem é extremamente grande, o que não cabe na página. Se eu usar arc, posso evitar a enorme altura desnecessária, mas é muito difícil tornar os arcos concêntricos.
2. As notações de ângulo reto:Encontrei uma solução: desenhe um pequeno quadrado que tenha a linha tracejada e as curvas como dois lados. Claro que não posso usar \picaqui (ou posso?). Mas existem 8 desses quadrados aqui, então desenhar um número tão grande de quadrados tornará meu código extremamente longo, o que não gosto.
3. As setas curvas:Eu acho inque outé bom, mas é muito difícil para mim encontrar as coordenadas e os ângulos de tangência. Não sou "sensível" o controlssuficiente para encontrar os pontos de controle.

Pode me ajudar? Agradeço antecipadamente!

Answer 1

De acordo com o que descobri, você pode obter resultados razoáveis ​​ajustando a folga. (E você pode desenhar os símbolos de ângulo reto em um loop.)

\documentclass[tikz,border=3.14mm]{standalone}
\usetikzlibrary{arrows.meta,bending}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=1.5,font=\sffamily]
 \begin{scope}
 \path[preaction={draw,thick},clip] (-4,3) rectangle (4,8);
 \foreach \Y [count=\Z,evaluate=\Z as \Voltage using {int(440-\Z*40)}] in {1.2,1.4,...,2.2}
  {\draw (0,0) circle ({exp(\Y)});
  \node[rotate=-22.5,fill=white] at (67.5:{exp(\Y)}){\Voltage~V};}
 \foreach \X in {60,75,...,120}
  {\draw[dashed] (0,0) -- ++ (\X:10);
  \foreach \Y in {1.2,1.4,...,2.2}
  {\draw  ({\X-10/exp(\Y)}:{exp(\Y)}) -- ({\X-10/exp(\Y)}:{exp(\Y)+0.2})
  -- ({\X}:{exp(\Y)+0.2});}}
 \end{scope} 
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-110] (0.5,8.5) node[right]{A};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-105,looseness=1.3] (75:8.7) node[right]{B};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=95,looseness=0.8] (90:2.7) node[left]{C};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=75,looseness=1.5] (75:2.7) node[right]{D};
 \draw[thick,{Circle}-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4.5,5.5)
 node[midway,above]{$v$} node[midway,below,align=center]{charged\\ particle};
\end{tikzpicture}
\end{document}

Não sei quão heterogêneo é o seu campo. Definitivamente, também se poderia desenhar os círculos de acordo com a lei de Coulomb.

\documentclass[tikz,border=3.14mm]{standalone}
\usetikzlibrary{arrows.meta,bending}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=1.5,font=\sffamily]
 \begin{scope}
  \path[preaction={draw,thick},clip] (-4,3) rectangle (4,8);
  \foreach \Voltage in {440,400,...,200}
  {\draw (0,0) circle ({4*(400/\Voltage)});
  \node[rotate=-22.5,fill=white] at (67.5:{4*(400/\Voltage)}){\Voltage~V};}
 \foreach \X in {60,75,...,120}
  {\draw[dashed] (0,0) -- ++ (\X:10);
  \foreach \Voltage in {440,400,...,200}
  {\draw  ({\X-2*\Voltage/400}:{4*(400/\Voltage)}) --
  ({\X-2*\Voltage/400)}:{4*(400/\Voltage)+0.15})
  -- ({\X}:{4*(400/\Voltage)+0.15});}}
 \end{scope} 
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-110] (0.5,8.5) node[right]{A};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-105,looseness=1.3] (75:8.7) node[right]{B};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=95,looseness=0.8] (90:2.7) node[left]{C};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=75,looseness=1.5] (75:2.7) node[right]{D};
 \draw[thick,{Circle}-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4.5,5.5)
 node[midway,above]{$v$} node[midway,below,align=center]{charged\\ particle};
\end{tikzpicture}
\end{document}