Un’elica della barca funziona spingendo l’acqua, che spinge la barca nella direzione opposta. Più precisamente, trasforma l’energia di rotazione in spinta; così, l’elica che gira aumenta la pressione dell’acqua verso la sua parte posteriore e si sposta nell’area di pressione ridotta davanti all’elica, portando con sé la barca. Le forze coinvolte sono coerenti con la terza legge di Newton: per ogni azione c’è una reazione uguale e contraria. Cioè, quando l’elica della barca spinge indietro l’acqua, la fa avanzare.
Prima dello sviluppo di motori a motore, la propulsione navale era limitata all’energia eolica e al canottaggio manuale o alla pagaiata. Remare e remare generalmente usa le pale per trascinare una barca attraverso l’acqua, ma un uso di una lama, chiamato sculling, agisce quasi come un’elica perché lo sculler spinge l’acqua verso la parte posteriore della barca. Uno sculler si trova nella parte posteriore di una piccola barca e, usando un solo remo, lo spazzerà attraverso l’acqua in un arco più o meno perpendicolare alla direzione di viaggio della barca, con ogni movimento dell’arco che torce il remo in modo che la lama è ad un angolo da 30 a 60 gradi rispetto alla direzione di marcia.
Il concetto alla base dell’elica della barca fu sviluppato da Archimede nel III secolo a.C. Ha sviluppato un dispositivo chiamato Archimedes Screw, che è ancora usato oggi, che trasporta l’acqua da quote più basse a più alte. Molto simile a una coclea moderna nella progettazione e nel funzionamento, è ancora ampiamente utilizzato in tutto il mondo per un’ampia varietà di attività, tra cui l’irrigazione e la gestione dei rifiuti. Viti simili sono stati sperimentati per la propulsione marina. Il famoso sottomarino one-man Turtle, che tentò di affondare le navi britanniche nel porto di New York nel 1776, impiegò viti a comando manuale per la propulsione.
La propulsione potenziata divenne disponibile per le imbarcazioni marittime con lo sviluppo del motore a vapore nel 18 ° secolo. Inizialmente la tendenza era quella di utilizzare grandi pale per fornire la spinta, come sulle barche a pale a vapore e sulle ruote laterali. Gli inventori continuarono a sperimentare eliche a vite, che erano letteralmente viti molto grandi, molto lunghe. Nel 1835, parte di una tale vite si staccò durante i test, lasciando una porzione che assomigliava molto a una moderna pala di elica per barche. Questa vite rotta ha dimostrato di spingere la barca più velocemente della vite convenzionale, portando allo sviluppo della moderna elica della barca.
Le dinamiche coinvolte nella propulsione marina sono molto simili a quelle impiegate per l’aviazione. Ad esempio, come le pale di un aeroplano, le pale di un’elica di una barca non sono piatte, ma sembrano invece essere state attorcigliate da un piano parallelo a uno quasi perpendicolare all’albero dell’elica. Questo fenomeno si basa sulla ricerca dei fratelli Wright all’inizio del XX secolo, in cui hanno determinato che gli angoli ottimali per la spinta sono diversi in varie parti della pala dell’elica. Per migliorare l’efficienza dell’elica, la pala è attorcigliata rispetto all’albero.
L’umanità ha viaggiato in acqua per migliaia di anni, la maggior parte delle volte facendo affidamento sul vento o sui muscoli per la propulsione. Le eliche sono uno sviluppo molto recente nel campo della propulsione marittima, ma in quella piccola parte della storia marittima dell’uomo sono saliti a un livello di predominanza incontrastata nel campo, senza veri e propri sfidanti in vista.