実験してみた。
物体1.ピンポン玉
物体2.ボーリングの玉
として、ボーリングの玉の真上にピンポン玉を垂直に落としてみた。
結果
ピンポン玉はボーリングの玉の上で、ほぼ垂直に跳ね上がった。

>質量が違うと衝突後の方向を決めることができない
……何か大事な条件を忘れていない?