バグ再現スクリプトをコピペし、自由落下スプライトを縮小してみたら、めり込みを確認しました。
https://rmake.jp/games/30683/cor_example
縮小前はめり込みませんでした。

すぐに最小サンプルを作れませんが、
１、重力を持ったもの同士の多段衝突でのめり込み・すり抜け(重力の大きさに比例)
２、大きな速度を持ったもの同士の多段衝突でのめりこみ・すり抜け(重力より効果量は少ないが速度の大きさに比例)
３、tapdown?メソッドの処理中(trueの間?)、物理運動中のスプライトの当たり判定がなくなる(collide_world!は機能する)
があるように見えます
https://rmake.jp/games/30784/cor_example
３については、上のサンプルで、Bounce中にボタンを長押ししたりカーソルキーで指を動かすとわかりやすくすり抜けます

また、すり抜けとは関係ありませんが、
当たり判定の処理が多いような動きほど早くフリーズするように見えます

バグ再現スクリプトをコピペし、自由落下スプライトを縮小してみたら、めり込みを確認しました。
https://rmake.jp/games/30683/cor_example
縮小前はめり込みませんでした。