Почему телефон свободно вращается вокруг 2 осей, но вокруг третьей он вращается не ровно и постоянно переворачивается?

Answer 1

Потому что вращение описывается тензором момента инерции - матрицей 3 на 3.
У этой матрицы существуют 2 собственных вектора - это вектора, при умножении на которые этой матрицы они не изменяются. Сответственно это те направления при вращении относительно которых ось вращения не меняется.
При вращении относительно любых других направлений ось вращения постоянно поворачивается и происходят такие вот перевороты.