Почему размер видео не зависит от частоты кадров?

Некоторые кодеки позволяют использовать дублирование кадров без их фактического встраивания в видеоряд. Например в вашем случае задали частоту 24 кадра, получили то что просили. Задали 60 - программа оставила 24, но к каждому кадру поставила метку - отображать 2 раза (или 1 или 3 - подгоняется под требуемое значение). Служебной информации в каждом кадре осталось одинаковое количество, количество кадров физически не увеличилось.

А смотрелось лучше по причине более легкого декодирования - на каждый кадр оставалось больше времени за счет дублирования показа кадров.

Попробуйте взять ваше видео и перекодировать его на 20 кадров в секунду вместо 24 - сразу увидите разницу.