在古代，对自然界的动能的利用只有风能和水能，直到蒸汽机发明以后，才有效将热能转化为动能。中国古代发明的水排就是通过水轮、转轴、曲柄等将水流动的势能转化为可以用以生产的动能的机械，从而极大程度上节省人力，提高了生产效率。

水排是杜诗在东汉时期发明的利用水能鼓风冶铁的机械。在此发明之前，冶铁鼓风多由人力或者畜力推动。水排的发明实现将水流的力量转化为机械动能，从而带动鼓风的皮囊，并且能够通过控制水流速度调节鼓风的速度，提供持续而且稳定的动能，故而用力少，而见工多，极大提高冶铁的效率。

水排工作的原理是选择湍急的河流的岸边，架起木架，在木架上直立一个转轴，上下两端各安装一个大型卧轮，在下卧轮的轮轴四周装有叶板，承受水流，是把水力转变为机械转动的装置；在上卧轮的前面装一鼓形的小轮，与上卧轮用弦索相联；在鼓形小轮的顶端安装一个曲柄，曲柄上再安装一个可以摆动的连杆，连杆的另一端与卧轴上的一个攀耳相联，卧轴上的另一个攀耳和盘扇间安装一根直木。这样，当水流冲击下卧轮时，就带动上卧轮旋转。由于上卧轮和鼓形小轮之间有弦索相连，因此上卧轮旋转一周，可使鼓形小轮旋转几周，鼓形小轮的旋转又带动顶端的曲柄旋转，这就使得和它相连的连杆运动，连杆又通过攀耳和卧轴带动直木往复运动，使排扇一启一闭，进行鼓风。

水排巧妙地利用了水轮、皮带、曲柄、连杆等装置将水流势能转化为机械动能，能够完全摆脱对人力畜力的束缚而自行往复工作。同时，对于炼铁而言，对于火的温度要求极高，水排能提供稳定的动能，在很大程度上解决了这一问题。

水排的发明充分体现了古人的智慧，他们观察自然，在生产中总结学习，并成功将自然界的风、水等自然力量转化为能为生产服务的动能，实现对自然力量的有效利用。这与今天人类利用水力发电、风能发电相比，并无实质差别！编辑/赵永静