[Проходил мимо]

Я всего лишь попытался показать вам ошибку в вашей работе, а отнютнь не подробно и достоверно описать столкновения молекул воздуха с молекулами оболочки, поэтому и воспользовался ВАШИМИ словами "обмен импульсами".

то равноценным обменом импульсов ситуация не проясняется

Я думаю, понятно, что в том приближении где мы сейчас работаем (модель абсолютно упругих шариков) обмен импульсами может случиться только при равных массах и коллинеарных скоростях. (Экзотические случаи когда сочетание величин скоростей, угла между ними и масс привело к обмену импульсами мы рассматривать сейчас не будем) И если второе условие хоть иногда может выполняться, то первое заведомо не выполняется. Молекулы оболочки тяжелее молекул воздуха.

Если не видите свою ошибку, могу посоветовать написать програмку, моделирующую одномерный воздушный шарик. Это довольно просто и результат будет весьма наглядным.